DE3237454T1

DE3237454T1 - FUEL INCINERATOR

Info

Publication number: DE3237454T1
Application number: DE823237454T
Authority: DE
Inventors: John A. 90274 Rolling Hills Estates Calif. Hardcrove; Charles I. 90274 Palos Verdes Estates Calif. Dalley; Hideo 90503 Torrance Calif. Iwata; Douglas B. 90501 Torrance Calif. Sheppard
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1981-03-17
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1983-07-28
Anticipated expiration: 2002-03-12
Also published as: EP0073830B1; IT8267327A0; IT1155634B; CA1181998A; NL8220118A; AU8331382A; PL235462A1; DE3237454C2; JPS58500420A; ZA821798B; DK509582A; EP0073830A1; WO1982003261A1; AU551776B2; MX160386A; IL65224A0; JPH0259362B2; EP0073830A4

Description

DIPL.-ING. CERHARD PULS (1952-1971)DIPL.-ING. CERHARD PULS (1952-1971)

P 32 37 454.2 D-8000 MÜNCHEN 90P 32 37 454.2 D-8000 MUNICH 90

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¹¹ Brennstoff-Verbrennungsofen" Hintergrund der Erfindung ¹¹ Fuel Incinerator " Background of the Invention

Die Erfindung betrifft allgemein Brennstoff-Verbrennungsofen und bezieht sich insbesondere auf einen aschebildenden Verbrennungsofen, dessen Brennstoff Kohlenstaub ist. frei fin Verbrennen und Vergasen von Kohle dürfen sich in der Verbrennungskammer keine nichtbrennbaren Aschen und Mineralstoffe ansammeln, da es sonst zu ernsthaften Betriebsproblemen kommt. In einem aschebildenden Verbrennungsofen wird die Temperatur auf ausreichender Höhe gehalten, um die Asche durch das Einwirken von Scherkräften und/oder Schwerkräften auf die Schlacke in flüssiger Form entfernen zu können. Diese aschebildende Fähigkeit hat auch Vorteile im Hinblick auf den Betrieb von nachgeschalteten Vorrichtungen zum Zusammenwirken mit der Strömung des Produktes. . ^The invention relates generally to fuel incinerators and particularly relates to an ash-forming incinerator, whose fuel is coal dust. Burn free fin and gasifying coal, non-combustible ashes and minerals must not accumulate in the combustion chamber, otherwise serious operational problems will arise. In an ash-forming incinerator, the temperature rises Maintained sufficient height to hold the ash in through the action of shear forces and / or gravitational forces on the slag to be able to remove liquid form. This ash-forming ability also has advantages in terms of downstream operation Devices for interacting with the flow of the product. . ^

Die Anforderungen an einen aschebildenden Verbrennungsofen können unterschiedlich sein, beispielsweise die durch die Merkmale eines nachgeschalteten, die Verbrennungsprodukte nutzenden Prozesses auferlegte Gesamtstochiometrie. Unabhängig von diesen unterschiedlichen Anforderungen sollte jedoch ein idealer aschebildender Verbrennungsofen gute Merkmale der Aschegewinnung haben und bei verhältnismäßig niedriger Temperatur arbeiten, um Wärmeverluste auf ein Minimum einzuschränken und den Wirkungsgrad zu maximieren.The requirements for an ash-forming incinerator can be different, for example by the characteristics a downstream one that uses the combustion products Total stoichiometry imposed on the process. Regardless of these different requirements, however, an ideal one should be ash-forming incinerators have good characteristics of ash extraction and work at a relatively low temperature in order to Limit heat losses to a minimum and maximize efficiency.

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Das Ausmaß der Verbrennung der Kohle in einem aschebildenden Verbrennungsofen hängt teilweise von der beabsichtigten Verwendung der gasförmigen Verbrennungsprödukte ab. Wenn der Verbrennungsofen z.B. für die Erzeugung von Gas zur Verwendung als Brennstoff in einem herkömmlichen Kraftwerk oder in chemischer; Verfahren benutzt werden soll, sollten die aus der Brennkammer austretenden Gase noch einen ziemlich hohen Gehalt an Unverbranj;.-tem haben. Wenn also ein Kohleverbrennungsofen als ein solcher Gasgenerator verwendet werden soll, sollte der Verbrehnungspro-* zeß in einer an Brennstoff verhältnismäßig reichen Umgebung erfolgen» Ausgedrückt in Stöchiometrie heißt das_s daß ein stöchiometrisches Verhältnis von nur 0,3 für eine anschließende Verbrennung in einem Kessel oder zur Verwendung als Ausgangsmaterial in einem chemischen Verfahren wünschenswert sein ka:nn_; Sollte das Gas zur unmittelbaren Benutzung in einem Verbrennung!;;.· oder Wärmeaustauschverfahren bestimmt sein, könnte es wünschenswert sein, ein Gas mit höherer Temperatur zu liefernj, welches jedoch einen niedrigeren äquivalenten Wärmewert der im Gas enthaltenen unverbrannten Stoffe hätte. Das ließe sich erzielen durch eine vollständigere Verbrennung der Kohle in dem aschebildenden Verbrennungsofen,, d.h. bei einem höheren stöchiometrischen Verhältnis.The extent to which the coal is burned in an ash-forming incinerator depends in part on the intended use of the gaseous combustion products. If the incinerator is used, for example, for the production of gas for use as fuel in a conventional power plant or in chemical; Method is to be used, the gases emerging from the combustion chamber should still have a fairly high unburned content. So, if a coal burning furnace to be used as such a gas generator which Verbrehnungspro- should * process in a relatively rich fuel environment take place "Expressed in stoichiometry is the _s that a stoichiometric ratio of 0.3 for subsequent combustion in a boiler or may be desirable for use as a starting material in a chemical process: nn _; Should the gas be intended for direct use in a combustion or heat exchange process, it might be desirable to supply a gas with a higher temperature, but which would have a lower equivalent calorific value of the unburned substances contained in the gas. This could be achieved by more complete combustion of the coal in the ash-forming incinerator, ie at a higher stoichiometric ratio.

Als weiteres Beispiel wäre die erwünschte Stöchiometrie eines aschebildenden Verbrennungsofens ganz anders, wenn die Abgabe·=» gase in einem magnetohydrodynamischen Generator elektrischen Stroms, einem MHD-Generator verwendet werden sollten. Ein MHD-Generator arbeitet mit einem Plasma von hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit, welches durch ein Magnetfeld geleitet wird, um unmittelbar Elektrizität zu erzeugen^ ohne daß dazu drehbare Maschinen verwendet werden. Für einen derartigen An-« wendungsfall können die gasförmigen Erzeugnisse der ascheolldenden Verbrennungsstufe einen geringeren Gehalt an Unyerbranntem und eine höhere Temperatur sowie einen höheren· spezifischen! Wärmeinhalt haben. Die Verbrennungser Zeugnisse können dann :ne«h dem Verlassen des aschebildenden Verbrennungsofens einer weiteAs another example, the desired stoichiometry would be one ash-forming incinerator completely different if the discharge · = » gases should be used in a magnetohydrodynamic generator of electric current, an MHD generator. An MHD generator works with a plasma of high temperature and high speed, which is passed through a magnetic field is used to generate electricity directly ^ without doing it rotating machines are used. For such an application, the gaseous products of the ashes can be used Incineration stage a lower content of unburned material and a higher temperature as well as a higher · specific! Have heat content. The burners certificates can then: no «h leaving the ash-forming incinerator a long way

ren Verbrennung unterworfen werden. Den austretenden Gasen kann zu diesem Zweck zusätzliches Oxydationsmittel und manchmal auch zusätzlicher Brennstoff hinzugefügt werden. Unabhängig vom Endzweck, für den die Verbrennungserzeugnisse bestimmt sind und den dadurch an den Verbrennungsofen gestellten unterschiedlichen Anforderungen sollte der aschebildende Verbrennungsofen idealerweise doch eine gute Schlackegewinnung ermöglichen und verhältnismäßig niedrige Betriebstemperaturen haben.be subjected to more combustion. The escaping gases can use additional oxidizing agents for this purpose and sometimes also additional fuel can be added. Regardless of the end purpose, for which the combustion products are intended and The ash-forming incinerator should ideally meet the different requirements placed on the incinerator but enable good slag recovery and have relatively low operating temperatures.

In einem Anwendungsfall eines Kohleverbrennungsofens hängt die gewünschte Stöchiometrie des Verbrennungsprozesses von den Erfordernissen der nachgeschalteten Anwendung ab. Ein zufriedenstellender Betrieb des Verbrennungsofens und zufriedenstellende Verbrennüngsprodukteigenschaften hängen auch von der ■'Temperatur und■■Zusammensetzung des Oxydationsgases sowie der Aft und Größe der Kohleteilchen ab. Die Auswahl geeigneter Parameter, mit denen die Erfordernisse der nachgeschalteten Anwendung erfüllt werden, schließt typischerweise eine Anzahl praktischer Auslegungskompromisse ein. So kann z.B. den Erfordernissen der nachgeschalteten Anwendung immer noch Genüge getan werden, wenn das Oxydationsgas auf eine höhere Temperatur vorerwärmt wird und dadurch Reaktionen bei niedrigerem stöchiometrischem Verhältnis möglich werdenj aber das würde natürlich entweder den Verbrauch von mehr Energie in der Vorwärmstufe oder das Hinzufügen eines Wärmeaustauschers erforderlich machen. Die erste dieser Alternativen kann mit dem Gesamtenergiebedarf der Anwendung in Einklang stehen oder nicht, und die zweite kann unter Umständen nicht einmal durchführbar sein.In one application of a coal combustion furnace, the desired stoichiometry of the combustion process depends on the requirements the downstream application. A satisfactory one Operation of the incinerator and satisfactory combustion product properties also depend on the temperature and ■■ the composition of the oxidizing gas as well as the aft and size the coal particles. The selection of suitable parameters with which the requirements of the downstream application are met typically involves a number of practical design compromises one. For example, the requirements of the Downstream application still suffices, though the oxidizing gas is preheated to a higher temperature and thereby reactions at a lower stoichiometric ratio become possible, but of course that would be either the Consumption of more energy in the preheating stage or adding make a heat exchanger necessary. The first of these alternatives can be with the total energy needs of the application be consistent or not, and the second may not even be feasible.

Die angemessene Wahl des stöchiometrischen Verhältnisses in einem aschebildenden Verbrennungsofen ist ferner von kritischer Bedeutung für den Betrag der Aschegewinnung. Wenn das Verhältnis zu niedrig ist, besteht die Tendenz, daß auch die Temperaturen niedrig sind und sich die Asche nicht ausreichend verflüssigt, um die Gewinnung zu erleichtern. Wenn umgekehrt das Verhältnis zu hoch ist, kann die Temperatur so hoch sein, daß ein wesent-The appropriate choice of the stoichiometric ratio in an ash-forming incinerator is also critical to the amount of ash recovery. When the relationship is too low, there is a tendency that the temperatures are also low and the ash does not liquefy sufficiently, to facilitate extraction. Conversely, if the ratio is too high, the temperature may be so high that a substantial

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licher Anteil der Asche durch Verdampfen verloren geht. Zu mindest in der Theorie ging man davon aus, daß der wirksame ,Aschebildungsbereich oberhalb 0,U und bis zu 1,0 für den Verbrennungsofen als ganzes läge. Die zur Befriedigung der Bedürfnisse der nachgeschalteten Anwendung erwünschte Stöchiometrie kann jedoch unter Umständen nicht in diesen theoretische: Schlackebildungsbereich fallen. Wenn z.B. der Verbrennungsofen als Gasgenerator eingesetzt werden soll, könnte ein stöchiometrisches Verhältnis von nur 0,3 bevorzugt werden.Licher portion of the ash is lost through evaporation. to In theory at least, it was assumed that the effective ash formation range would be above 0. U and up to 1.0 for the incinerator as a whole. The stoichiometry desired to meet the needs of the downstream application However, it may not fall into this theoretical slag formation range. If e.g. the incinerator to be used as a gas generator, a stoichiometric Ratio of only 0.3 are preferred.

Auf jeden Fall ist klar, daß ein Kohleverbrennungsofen dieser allgemeinen Art idealerweise geeignet sein sollte, die Gesamt« stöchiometrie des Verbrennungsofens und weitere Merkmale des aschebildenden-Verbrennungsofens mit den Anforderungen de? nachgeschalteten Anwendung des Verbrennungsofens in Einklang zn bringen. Ferner sollte der aschebildende Verbrennungsofen ein hohes Ausmaß an Aschegewinnung, verhältnismäßig geringen Wärmeverlust und infolgedessen einen verhältnismäßig hohen Wärmewirkungsgrad ermöglichen. Zusätzlich sollte die Brennstof-fnutzung komplett sein, d.h. es sollte kein unverbrannter Kohlenstoff den Verbrennungsofen verlassen. Mit bekannten Verbrennungsofen isb es nicht möglich gewesen, alle diese Ziele gleichzeitig zu erreichen. So ist z.B. in herkömmlichen Verbrennungsofen gute Asehegewinnung nicht verträglich mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und einem niedrigen stöchiometrischen Verhältnis. In any event, it is clear that a coal incinerator of this general type should ideally be able to match the overall stoichiometry of the incinerator and other features of the ash-forming incinerator with the requirements. bring downstream application of the incinerator zn consistent. Furthermore, the ash-forming incinerator should enable a high degree of ash recovery, relatively low heat loss and, consequently, a relatively high thermal efficiency. In addition, the fuel consumption should be complete, ie no unburned carbon should leave the incinerator. With known incinerators it has not been possible to achieve all of these goals at the same time. For example, in conventional incinerators, good ash recovery is not compatible with a relatively low temperature and a low stoichiometric ratio.

Zur Lösung dieser Schwierigkeiten wird in US-PS h 21? 132von Bürge et al. vorgeschlagen, eine axiale und eine tangentiale Strömung eines Oxydationsgases so zu kombinieren^ daß die Verbrennung der Brennstoff teilchen im wesentlichen komplett .ist,, ehe die Teilchen ataf die Wände der Brennkammer aufprallen,.. Obgleich dies Verfahren in vielerlei Hinsicht zufriedenstellend, ist, ist es nicht genau auf die oben umrissenen speziellen Probleme ausgerichtet. Mindestens in einer Hinsicht- ist das Patent an Bürge et al. typisch für KohleverbrennungstechsiikenTo solve these difficulties, US-PS h 21? 132 by Bürge et al. proposed to combine an axial and a tangential flow of oxidizing gas so that the combustion of the fuel particles is essentially complete before the particles hit the walls of the combustion chamber. Although this method is satisfactory in many respects it does not specifically target the specific problems outlined above. In at least one respect, the Bürge et al. typical of coal combustion technologies

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des Standes der Technik, denn das Oxydationsgas fließt in einem kontinuierlichen Muster, in welchem eine axiale Geschwindigkeitskomponente vom Kopfende zum Ausgangsende gerichtet ist. In keinem nach diesem Prinzip arbeitenden Verbrennungsofen ist eine gute Aschegewinnung mit niedrigem Wärmeverlust und vollständigem Kohlenstoffaufbrennen unter allen interessierenden Betriebsbedingungen kombiniert.of the prior art, because the oxidizing gas flows in one continuous pattern in which an axial velocity component is directed from the head end to the exit end. In none according to this principle working incinerator is a good ash recovery with low heat loss and complete carbon burn-up under all operating conditions of interest combined.

Deshalb besteht beträchtlicher Bedarf an einem Kohleverbrennungsofen, der einen hohen thermodynamisehen Wirkungsgrad und annehmbar hohe Sätze an Ascheabfuhr ermöglicht und an thermodynamisch^ Anforderungen eines nachgeschalteten Prozesses oder einer nachgeschalteten Anwendung anpaßbar ist. Die vorliegende Erfindung erfüllt dies Bedürfnis.Therefore, there is a considerable need for a coal-burning furnace, which has a high thermodynamic efficiency and is acceptable allows high rates of ash removal and of thermodynamic ^ Downstream process requirements or can be adapted to a downstream application. The present Invention fulfills this need.

Zusammenfassung der Erfindung ^! ·■ " Summary of the invention ^! · ■ "

Die Erfindung besteht in einem aschebildenden Kohleverbrennungsofen mit einem Kopfende und einem Ausgangsende, in den ein Oxydationsmittel so eingeführt wird, daß mindestens ein Teil desselben vom Ausgangsende weg zum Kopfende fließt, während Kohle in das zum Kopfende fließende Oxydationsmittel eingeführt wird, um eine Anfangsphase der Verbrennung im Kopfende zu schaffen. Die Verbrennung in dieser ersten Phase kann bei einem stöchiometrischen Verhältnis erfolgen, welches viel niedriger ist als das des Verbrennungsofens als Ganzem.The invention resides in an ash-forming coal combustion furnace having a head end and an exit end into which an oxidizing agent is introduced so that at least a portion thereof is introduced flows away from the exit end to the head end while coal is introduced into the oxidant flowing to the head end, to create an initial stage of burn in the head end. The combustion in this first phase can be at a stoichiometric Ratio, which is much lower than that of the incinerator as a whole.

Zwar entstand die Erfindung zu dem Zweck, ein bei Kohleverbrennungsöfen auftretendes Problem zu lösen, aber sie ist ebenso anwendbar bei Verbrennungsofen für andere Brennstoffe. Die wesentlichen Elemente der Erfindung im weitesten Sinne bestehen in einer Einrichtung zum Einführen eines Oxydationsmittels in solcher Jiieise, daß ein Teil desselben zum Kopfende fließt und in einer Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff in diesen Oxydationsmittelanteil, um die erste Phase der Verbrennung im Kopf-It is true that the invention was made for the purpose of working with coal-burning stoves to solve the problem that arises, but it is also applicable in the case of incinerators for other fuels. The essential elements of the invention in the broadest sense consist in a device for introducing an oxidizing agent therein Jiieise that part of it flows to the head end and in a device for injecting fuel into this oxidant fraction, around the first phase of the burn in the head

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ende zu verwirklichen.end to be realized.

Grundlegend und allgemein weist die Erfindung in ihrer Verwirklichungsform als Verbrennungsofen für 'Kohlenstaub eine Brennkammer mit einem Kopfende und einem Ausgangsende_t eina Einrichtung zum Einspritzen von Kohlenstaub in das Kopfende,, eine Einrichtung zum Einspritzen eines Oxydationsgases In Umfärigsrichtung in die Kammer, eine Einrichtung zum Entfernen der nichtverbrennbaren Asche aus der Kammer sowie eine Einrichtung auf, die am Ausgangsende angeordnet ist um einen Auslaß für im wesentlichen gasförmige VerbrennungserZeugnisse zu bilden. Gemäß dem wichtigsten Aspekt sind die Einrichtungen zum Einspritzen des Oxydationsgases und des Kohlenstaubs so gestaltet, daß zumindest ein Teil des Oxydationsgasstromes zum Kopfende der Kammer fließt um dort mit dem Kohlebrennstoff in der ersten Verbrennungsphase umgesetzt zu werden. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Gase der ersten Ver~ brennungsphase mit dem restlichen Teil des Oxydationsgases wedter verbrannt, welches zum Ausgangsende der Kammer ■ fließt.-Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das stöchiometrisehe Verhältnis in der ersten Verbrennungsphase im Kopfende_r welches etwa einer Hälfte des Gesamtverhältnisses des Verbrennungsofens entspricht, z.B. bei einigen Ausführungsformen nur 0,3 betragen« Im Gegensatz zur allgemein angenommenen Praxis hinsichtlich einer wirksamen Ascheentfernung können außerordentlich gute Merkmale der Ascheentfernung in diesem niedrigen stöchiome™ trischen Bereich erzielt werden.Basically and generally, the invention in its implementation form as a combustion furnace for 'pulverized coal, a combustion chamber having a head end and an output end _t eina means for injecting pulverized coal into the head end ,, means for injecting a Oxydationsgases In Umfärigsrichtung in the chamber, means for removing incombustible ash from the chamber and means located at the exit end for providing an outlet for substantially gaseous incinerator products. According to the most important aspect, the means for injecting the oxidizing gas and the coal dust are designed so that at least part of the oxidizing gas stream flows to the head end of the chamber to be reacted there with the coal fuel in the first combustion phase. In one embodiment of the invention, gases are wedter burned the first Ver ~ brennungsphase with the remaining part of the Oxydationsgases which the exit end of the chamber ■ fließt.-In this embodiment, the stöchiometrisehe ratio in the first phase of combustion in the head end of _r which is about one half of the overall ratio of the incinerator, for example in some embodiments it is only 0.3. In contrast to the generally accepted practice with regard to effective ash removal, extremely good features of ash removal can be achieved in this low stoichiometric range.

Wenn der Verbrennungsofen gemäß der Erfindung für die Zufuhr von Gasen hoher Temperatur zu einem MHD-Generator verwendet wird, arbeitet er bei einem stöchiometrischen Gesamtverhältn.is_f, 'weiches so gewählt ist, daß es die bestmögliche Kombination der Aschegewinnungsmerkmale im Kopfende und der Ausgangsgasbedingungen ermöglicht, die den Erfordernissen des MHD-Generators' angepaßt ist« Bei einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbei-.spiel wird ein Gesamtverhältnis von ca.- 0,6 angewandt, wobeiWhen the incinerator according to the invention is used for the supply of high temperature gases to an MHD generator, it operates at an overall stoichiometric ratio is _f , which is chosen so that it allows the best possible combination of the ash recovery characteristics in the head end and the outlet gas conditions which is adapted to the requirements of the MHD generator «In a currently preferred embodiment, an overall ratio of approximately -0.6 is used, with

das Verhältnis im Kopfende ca. 0,3 beträgt.the ratio in the head end is approx. 0.3.

Wenn das Oxydationsgas tangential in die Brennkammer eingeführt wird, spaltet es .sich in zwei Ströme auf. Ein Strom hat eine axiale Geschwindigkeitskomponente, die zum Ausgangsende der Kammer gerichtet ist, während der andere Teil eine axiale Geschwindigkeitskomponente hat, die zum Kopfende gerichtet ist, in welches der Brennstoff injiziert wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die beiden Ströme etwa den gleichen volumetrischen Strömungsdurchsatz. Da der Brennstoff anfangs mit einem verhältnismäßig niedrigen Volumen an Oxydationsmittel verbrannt wird, erfolgt die Verbrennung der ersten Phase am.Kopfende der Kammer bei verhältnismäßig niedrigem stöchiometriRohem Verhältnis. Eine entsprechend niedrige Reaktionstemperätur und ein verhältnismäßig hoher Wirkungsgrad liegen gleichfalls vor, weil bei der geringeren Temperatur der Wärmeverlust, reduziert ist. Jedoch wird unter diesen Bedingungen eine äußerst wirkungsvolle-Entaschung erreicht. Kurz gesagt ist die Äschebildungsstufe thermodynamisch wirkungsvoller und ermöglicht eine ausgezeichnete Aschegewinnung. Unverbrannte Gase der ersten Verbrennungsphase werden dann mit dem restlichen Strom des Oxy.-dationsgases bzw. mit dem Strom am Ausgangsende umgesetzt, und diese zweite Verbrennungsphase erfolgt bei höherem stöchiometrischem Verhältnis. Wenn z.R. die nachgeschaltete Anwendung des Verbrennungsofens in einem MHD-Generator besteht, kann das Gesamtverhältnis ca. 0,6 bis 0,9 sein, wobei das entsprechende Verhältnis am Kopfende von 0,3 bis 0,45 beträgt. Wegen der verhältnismäßig hohen Temperatur im Ausgangsende kann dieses im Verhältnis kürzer gestaltet werdenals es bei einem herkömmlichen Verbrennungsofen der gleichen Art möglich ist. Hierdurch wird der Wärmeverlust der Kammer verringert und der thermodynamische Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsofens verbessert.When the oxidizing gas is introduced tangentially into the combustion chamber it splits into two streams. A stream has one axial velocity component leading to the output end of the Chamber is directed, while the other part has an axial velocity component facing the head end into which the fuel is injected. With a preferred one Embodiment of the invention, the two streams have approximately the same volumetric flow rate. Because the fuel initially has a relatively low volume of oxidant is burned, the combustion of the first phase takes place at the head end of the chamber at a relatively low stoichiometric raw Ratio. There is a correspondingly low reaction temperature and a relatively high degree of efficiency also before, because at the lower temperature the heat loss, is reduced. However, extremely efficient ash removal is achieved under these conditions. In short it is The ash formation stage is thermodynamically more effective and enables excellent ash extraction. Unburned gases of the first The combustion phase is then started with the remaining stream of oxy-dation gas or reacted with the current at the output end, and this second combustion phase takes place at a higher stoichiometric Ratio. If e.g. the downstream use of the incinerator in an MHD generator can do that Overall ratio will be about 0.6 to 0.9, with the corresponding ratio at the head end being from 0.3 to 0.45. Because of the proportionate high temperature in the exit end, it can be made relatively shorter than a conventional one Incinerator of the same type is possible. Through this the heat loss of the chamber is reduced and the thermodynamic Overall efficiency of the incinerator improved.

Wenn der Verbrennungsofen als Gasgenerator benutzt werden soll, kann er dadurch.bei verhältnisrnäiüg niedrigem stöchiometrischem Gesamtverhältnis betrieben werden, daß das ganze OxydationsgasIf the incinerator is to be used as a gas generator, it can thereby be used at a relatively low stoichiometric Total ratio operated that all of the oxidizing gas

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zum Kopfende der Kammer abgelenkt und der Strömungr,durchsatz an Oxydationsmittel so geregelt wird, daß sich das gewünschte Verhältnis einstellt. In diesem Fall ergibt sich immer noch eine wirksame Entfernung von Asche im Kopfende der Kammer,. aber da kein Oxydationsmittel unmittelbar zum'■ Ausgangsonde strömen kann, kommt es nicht zu einer zweiten Verbrennungspha.se, um ein höheres stöchiometrisches Gesamtverhältnis zu schaffen., Folglich ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Gesamtverhältn i:; für den ganzen Verbrennungsofen das gleiche win das örtliche Verhältnis für die Verbrennungsphase im Kopfende.deflected to the head end of the chamber and the flow rate of oxidizing agent is regulated so that the desired ratio is achieved. In this case it still surrenders effective removal of ash in the head end of the chamber. but there is no oxidizing agent directly to the output probe can flow, there is no second combustion phase, to create a higher overall stoichiometric ratio., Thus, in this embodiment, the total ratio is i :; for the entire incinerator the same win the local ratio for the combustion phase in the head end.

Das.Einspritzen von Kohle in die Verbrennungszone der ersten Phase kann mit Hilfe einer Zapfendüse bewirkt werden, die axial im Kopfende angeordnet ist und eine Brennstoffströmung in denjenigen Teil des Oxydationsgases leitet, der zum Kopfende fließt. Gemäß einer Alternative kann Brennstoff durch Brennstoff einlasse injiziert werden, die in Unfangsrichtung .um die Kammer herum vorgesehen sind, um die Strömung in den Bereich des der Oxydationsgasströmung zu richten.Injecting coal into the combustion zone of the first Phase can be effected with the aid of a spigot nozzle located axially in the head end and a fuel flow in that Conducts part of the oxidizing gas that flows to the head end. According to an alternative, fuel can be fuel by fuel Inlets are injected in the circumferential direction. around the Chamber around are provided to direct the flow in the area of the oxidizing gas flow.

Für die Kammer wird sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Gestaltung erwogen. Bei der horizontalen Aueführung gehört zur Einrichtung zum Entfernen von Asche aus der Kammer eine Ascheöffnung, die im Bodenbereich der zylindrischen.Wand der Kammer angeordnet ist. Bei der vertikalen Ausführung ist das Kopfende der Kammer das unterste Ende und der Ausgang das oberste. Die Ascheöffnung ist am Kopfende angeordnet.Both horizontal and vertical configurations are considered for the chamber. Heard in the horizontal execution for the device for removing ash from the chamber an ash opening in the bottom area of the cylindrical wall of the Chamber is arranged. In the vertical version, the head end of the chamber is the lowest end and the exit is the top. The ash opening is located at the head end.

Ausgedrückt als Verfahren weist die Erfindung im.weitesten Sinn folgende Schritte auf: Oxydationsgas wird in Umfangsrichtung in eine Kammer eingespritzt, die ein Kopfende und ein Ausgangsenäe hat, und zwar so, daß mindestens ein Teil der Strömung zum Kopfende gerichtet ist. Brennstoff, z.B. Kohlenstaub wird in das Kopfende so eingespritzt, daß eine Verbrennung anfangs bei einem verhältnismäßig niedrigen stöchiornetrischen Verhältnis und niedriger Temperatur erfolgt, und zwar unabhängig von derExpressed as a method, the invention has the broadest sense the following steps: Oxidation gas is injected circumferentially into a chamber that has a head end and an exit nozzle in such a way that at least part of the flow is directed towards the head end. Fuel, e.g. coal dust, is used in the head end injected so that combustion initially occurs at a relatively low stoichiometric ratio and low temperature takes place, regardless of the

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endgültigen Verwendung der gasförmigen Produkte der Verbrennung und unabhängig von der Gesamtstöchiometrie des Verbrennungsofens, unverbrannte Asche wird aus der Kammer entfernt und die .im wesentlichen gasförmigen Verbrennungsprodukte können aus der Kammer entweichen. Im einzelnen gehört zum Schritt des Einspritzens des Öxydationsgases und des Einspritzens des Kohlenstaubs das Einspritzen von Oxydationsgas in tangentialer Richtung in die Kammer an einer Stelle zwischen dem Kopfende und dem Ausgangsende der Kammer, so daß die Oxydationsgasströmung sich in zwei annähernd gleiche Teile aufspaltet, die entgegengesetzte axiale Komponenten enthalten, und das Einspritzen des Kohlenstaubs in den zum Kopfende fließenden Oxydationsgasanteil, wobei eine erste Verbrennungsphase im Kopfende bei einem stöchiometrisehen Verhältnis erfolgt, welches etwa der Hälfte des stöchiometrisehen Gesamtverhältnisses des Verbrennungsofens entspricht. "Bei einem weiteren, als Gasgenerator eingesetzten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im wesentlichen die ganze Oxydationsgasströmung zum Kopfende gerichtet, so daß das stöchiometrische Verhältnis des Kopfendes im wesentlichen das gleiche bleibt wie bei dem nicht als Gasgenerator verwendeten Ausführungsbeispiel.final use of the gaseous products of combustion and regardless of the overall stoichiometry of the incinerator, unburned ash is removed from the chamber and the essentially gaseous products of combustion can be removed from the Chamber escape. In detail belongs to the injection step of the oxidizing gas and the injection of the pulverized coal, the injection of oxidizing gas in the tangential direction into the chamber at a point between the head end and the exit end of the chamber so that the oxidizing gas flow splits into two approximately equal parts, the opposite one contain axial components, and the injection of the coal dust into the oxidizing gas portion flowing to the head end, with a first combustion phase in the head end at a stoichiometric view Ratio takes place, which corresponds to about half of the stoichiometric total ratio of the incinerator. "In a further exemplary embodiment used as a gas generator of the invention is directed substantially all of the oxidizing gas flow to the head end, so that the stoichiometric The ratio of the head end remains essentially the same as that of the one not used as a gas generator Embodiment.

Anhand des vorstehenden ist klar, daß die Erfindung einen deutlichen Fortschritt auf dem Gebiet der/Kohleverbrennung und Vergasung darstellt. Insbesondere werden mit einem neuartigen Verbrennungsofen gute;Entaschungssätze erzielt und dabei gleichzeitig ein hoher thermodynamischer Wirkungsgrad, geringer Wärmeverlust und vollständige Verbrennung von Kohlenstoff erreicht. Ferner erlaubt der Verbrennungsofen gemäß der Erfindung eine vollständige Anpassung seiner thermodynamisehen Charakteristiken an die eines gewünschten nachgeschalteten Prozesses. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben. sich.aus der nachfolgenden mehr ins einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.From the foregoing it is clear that the invention is a distinct one Represents progress in the field of / coal combustion and gasification. In particular, we will be using a novel incinerator good; ash removal rates achieved and at the same time a high thermodynamic efficiency, low heat loss and complete combustion of carbon is achieved. Furthermore, the incinerator according to the invention allows its thermodynamic characteristics to be fully adapted to that of a desired downstream process. Further features and advantages of the present invention result. sich.from the following more detailed description in connection with the attached drawings.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Pipr. 1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht eine3 die Erfindung verkörpernden Kohlcmjrbrcnwungnofer;;:; mit dem asche^ildenden Verbrennungsofen und einer Entaschungsvoij-richtung, die auch eine Verbrennung;-;--stufe am Ausgängsende zeigt, die nicht Teil der Erfindung istjPipr. Fig. 1 is a simplified perspective view of a cabbage lamp embodying the invention ;;:; with the ash-forming incinerator and a deashing device, which also shows a combustion; -; - stage at the outlet end, which is not part of the invention

Fig. 2 eine schematische Ansicht des aschebildenden Verbrennungsofens; Figure 2 is a schematic view of the ash-forming incinerator;

Fig. 3 einen TeiTschnitt durch eine Zapfendüse zum Einspritze.;· von Kohle und im Falle eines MHD- und anderer gewählter Anwendungsfälle, eines Zusatzstoffs in den Verbrennungsofen; 3 shows a partial section through a spigot nozzle for injection.; · of coal and, in the case of an expiration date and other selected use cases, an additive in the incinerator;

Fig. 4 eine schematische Ansicht typischer Strömungsmustor von Brennstoff, Oxydationsgas und Verbrenriungsprodukten innerhalb des aschebildenden Verbrennungsofens JFigure 4 is a schematic view of typical flow patterns of fuel, oxidizing gas and combustion products inside the ash-forming incinerator J

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Gestaltung eines ersten Äusführungsbeispiels der Erfindung mit einem tanger.-tialen Oxydationsmitteleinlaß und einer schneckenförmigen Ausgangsöffnungi Fig. 5 is a schematic view of the design of a first Äus Ausführungsbeispiels the invention with a tanger.-tiale Oxidant inlet and a helical exit porti

Fig·. 5a eine Stirnansicht des Ausf ührunrrsbei spiels gemäß Fig. in Richtung des Pfeiles 5a in Fig. 5»Fig. 5a is a front view of the Ausf ührunrrsbei game according to FIG. in the direction of arrow 5a in Fig. 5 »

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem tangentialen Oxydationsmitteleinlaß, einer symmetrischen Ausgangsöffnung und einem verkürzten Ausgangsendbereich!6 is a schematic view of a second embodiment of the invention with a tangential oxidant inlet, a symmetrical outlet opening and a shortened exit end area!

Fig. 6a eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.6 in Richtung des Pfeiles 6a in Fig. 6; 6a shows an end view of the exemplary embodiment according to FIG. 6 in the direction of arrow 6a in FIG. 6;

Fig. 7 eine schematische Ansicht' eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung ähnlich dem in Fig. 6 gezeigten- zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem jedoch der Ascheabstich im Kopfende statt im Ausgangsende angeordnet ist; Fig. 7 is a schematic view of a third embodiment of the invention similar to the second embodiment shown in Fig. 6, but in which the ash tap is located in the head end instead of the exit end;

Fig. 7^a eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig,?FIG. 7 ^{a is} an end view of the exemplary embodiment according to FIG.

. in Richtung des Pfeiles 7a in Fig. 7$. in the direction of arrow 7a in Fig. 7 $

-Μ--Μ-

Fig. 8 cine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem abgesetzten, schneckenförmigen Oxydationsnitteleinlaß, einer symmetrischen Ausgangsöffnung und einem Ascheabstich am Kopfende j8 is a schematic view of a fourth exemplary embodiment of the invention with a stepped, helical one Oxidant inlet, symmetrical exit port and head end ash tap j

Fig. 8a eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.8 in Richtung des Pfeiles 8a in Fig. 8jFIG. 8a shows an end view of the exemplary embodiment according to FIG in the direction of arrow 8a in Fig. 8j

Fig. 9 eine schematische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung mit zwei aschebildenden Verbrennungsöfen, jeweils mit einem abgesetzten, schneckenförmigen Oxydationsmitteleinlaß und einem Kopfende mit einem Brennstoff injektor und einem Ascheabstich, wobei die beiden Verbrennungsofen an eine gemeinsame, zentral angeordnete Ausgangsöffnung angepaßt sind;9 shows a schematic view of a fifth exemplary embodiment of the invention with two ash-forming incinerators, each with a stepped, spiral-shaped oxidant inlet and a head end with a fuel injector and an ash tap, wherein the two incinerators are adapted to a common, centrally located exit opening;

Fig. 10 eine echematische Ansicht eines sechsten Ausführungsheicpiels der Erfindung mit einer vertikal ausgerichteten Brennkammer, einem abgesetzen, schneckenförmigen Oxydationsmitteleinlaß, einer symmetrischen Ausgangsöffnung, in Unfangsrichtung weisenden Kohleinj ek .tor en, und.einem .Schlackeabstich am Kopfende;10 is a schematic view of a sixth embodiment game of the invention with a vertically oriented combustion chamber, a stepped, helical oxidant inlet, a symmetrical exit opening, in the circumferential direction pointing coal jets ek .tor en, und.einem .Slag tapping at the head end;

Fig. 10a eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.. 10,10a shows a plan view of the exemplary embodiment according to Fig. 10,

Fig. 10b einen Schnitt durch das Ausführungebeispiel gemäß Fig. 10 im wesentlichen längs der Linie lOb-lOb in Fig. 10; . :10b shows a section through the exemplary embodiment according to FIG. 10 essentially along the line 10b-10b in FIG. 10; . :

Fig. 11 eine nchematisehe Ansicht eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer vertikal ausgerichteten Brennkammer ähnlich der in Fig. 10 gezeigten, aber mit einer Eingangsstrom-Umlenkvorrichtung, die die ganze eingegebene Oxydationsmittelströmung zum Kopfende der Kammer umleitet; und11 is a schematic view of a seventh exemplary embodiment of the invention with a vertically oriented one Combustion chamber similar to that shown in Fig. 10 but with an input flow diverter which diverting all of the input oxidant flow to the head end of the chamber; and

Fig. 11a einen Schnitt des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 11 im wesentlichen längs der Linie lla-lla in Fig. 11.FIG. 11a shows a section of the exemplary embodiment according to FIG. 11 essentially along the line Ila-Ila in FIG. 11.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiole Description of the Preferred Embodiment sb eispiole

Wie in den Zeichnungen zur Erläuterung dargestellt, befaßt sich .die vorliegende Erfindung hauptsächlich mit einem Kohlenstaub-Verbrennungsofen, insbesondere mit einem asche hildenden Kohle-Verbrennungsofen. In aschebildenden Kohleverbronnungsöf en wir:; die nicht verbrennbare Asche und die nicht verbrennbaren Mineralbestandteile der Kohle in flüssiger Form ausgetragen, so daß diese Bestandteile nicht in den vom Verbrennungsofen erzeugten Gasen verbleiben.As shown in the drawings for explanation, deals .the present invention mainly with a pulverized coal incinerator, especially with an ash-forming coal incinerator. In ash-forming coal-burning furnaces we :; the non-combustible ash and the non-combustible mineral components of the coal discharged in liquid form, so that these ingredients are not in those produced by the incinerator Gases remain.

In der Vergangenheit haben sich die Kontrukteure von Kohleverbrennungsöfen um eine wirksame Entaschung, geringen Wärmeverlust hohen thermodynamischen Wirkungsgrad, vollständiges Aufbrennen von Kohlenstoff und geeignete Anpassung der thermodynamischen Eigenschaften des Verbrennungsofens an die Erfordernisse nachgeschalteter, die Verbrennungsprodukte nutzender Prozesse bemüht. Idealerweise sollte z.B. ein Kohleverhrennungsofen so anpaßbar sein, daß er Gas für einen MHD-Generator· liefert oder Brenngas zur anschließenden Verbrennung in Kesseln oder in sonstigen chemischen Verfahren zur Verfügung stellt und dabei trotzdem ein hohes Ausmaß an Aschegewinnung und einer.· hohen VJärmewirkungsgrad beibehält. In früheren Kohleverbrennungsöfen wird traditionellerweise ein Oxydationsmittel εtrömüngsmüster angewandt, welches eine zum Ausgangsende gerichtete axiale Komponente enthält, und mit ihnen ist es nicht möglich gewesen,, die gewünschte Kombination idealer /vrbeitsmerkmale zu erzielen.In the past, the designers of coal-burning stoves an effective ash removal, low heat loss, high thermodynamic efficiency, complete burning of carbon and appropriate adaptation of the thermodynamic Properties of the incinerator to the requirements of downstream, processes that use combustion products. Ideally, e.g. a coal burning furnace should be so adaptable be that it supplies gas for an MHD generator · or Fuel gas for subsequent combustion in boilers or in other chemical processes available and still a high degree of ash recovery and a. · high VJ maintains thermal efficiency. In earlier coal-burning furnaces, an oxidizing agent was traditionally used as a stream applied, which contains an axial component directed towards the output end, and with them it has not been possible, the to achieve desired combination of ideal / work characteristics.

Gemäß der Erfindung ist ein Kohleverbrennungsofen mit Brennstoff- und Oxydationsmitteleinspritzeinrichtungen versehen, die so · zusammenwirken, daß eine Verbrennung anfangs im Kopfende des Verbrennungsofens bei verhältnismäßig niedrigem stöchionetri-· schem Verhältnis vor sich geht, und zwar unabhängig von der endgültigen Verwendung der gasförmigen Verbrennungsprodukte und unabhängig von der Gesamtstöchiometrie des Verbrennungsofens. Eine außerordentlich gute Aschegewinnung -wird bei dem According to the invention, a coal combustion furnace is provided with fuel and oxidant injectors which cooperate in such a way that a combustion initially occurs in the head end of the Incinerator at a relatively low stoichionetric This relationship is going on, regardless of the final use of the gaseous combustion products and regardless of the overall stoichiometry of the incinerator. Extraordinarily good ash recovery is achieved with the

AW-AW-

verhältnismäßig niedrigen örtlichen stochiometrischen Verhältnis im Kopfende geliefert, und die Wärmeverluste sind minimal bei .entsprechendem maximalem Wirkungsgrad. Ein zweite Verbrennungsphase kann wahlweise vorgesehen sein, um ein höheres stöchiometrisches Gesamtverhältnis,beispielsweise zur Verwendung im Zusammenhang mit einem MHD-Generator zu erzielen.· Wenn die zweite Verbrennungsphase fehlt, steht ein verhältnismäßig niedriges stöchiornotrisches Gesamtverhältnis zur Verfügung, so wenn der Verbrennungsofen als Generator von Synthesegas eingesetzt wird.relatively low local stoichiometric ratio delivered in the head end, and the heat losses are minimal at . Corresponding maximum efficiency. A second combustion phase can optionally be provided in order to achieve a higher stoichiometric Overall ratio, for example for use in connection with an MHD generator. · If the second combustion phase is missing, there is a proportionate low total stoichiornotric ratio available, see above when the incinerator is used as a generator of synthesis gas.

Wie:Flg.,l zeigt_; gehört zur Vorrichtung gemäß der Erfindung ein aschcbildender Kohleverbrennungsofen, der insgesamt mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist und einen tangentialen Oxydationsmitteleinlaß 12 und einen axialen Kohleeinläß 14 hat. Der Verbrennungsofen- 10 weist eine insgesamt zylindrische Reaktionskammer 16 auf, die mit ihrer Längsachse horizontal angeordnet dargestellt ist, wobei der Zylinder ein Ausgangsende hat, durch welches die Verbrennungsprodukte die Kammer verlassen, und ein Kopfende 20, in welches der Brennstoff in Form von Kohlenstaub eingeführt wird. Wie bei dieser als Beispiel dienenden Gestaltung gezeigt, gehört zum Ausgangsende 18 eine. .Ausgangsanordnung 22, die meistens als von symmetrischer Art bezeichnet wird . Anhand von Fig. 6a und 7a wird klar, daß ein symmetrischer Ausgang ein Ausgang ist, bei dem der Ausgangsweg, dem die Verbrennungsprodukte folgen, zur Achse des Verbrennungsofens symmetrisch ist, d.h. der Ausgangsweg erstreckt sich von der Mitte der Ausgangsanordnung statt tangential oder schneckenförmig zu sein. Zu der als Beispiel dienenden Ausführungsform gemäß Fig. 1 gehört auch eine weitere ausgangsseitige Verbrennungsstufe 24, der weiteres Oxydationsmittel und/oder¹ Brennstoff durch den Einlaß 26 zugeführt werden kann. Diese Ausgangsstufe 24 dient als Beispiel für eine typische Umgebung des Verbrennungsofens, ist aber für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, da der aschebildende Verbrennungsofen auch ohne die Ausgangsstufe ebenso gut arbeitet.How: Flg., L shows _; The device according to the invention includes an ash-forming coal combustion furnace, which is designated as a whole by the reference numeral 10 and has a tangential oxidizing agent inlet 12 and an axial coal inlet 14. The incinerator 10 has a generally cylindrical reaction chamber 16 shown with its longitudinal axis horizontal, the cylinder having an exit end through which the combustion products exit the chamber and a head end 20 into which the fuel in the form of pulverized coal is introduced will. As shown in this exemplary design, exit end 18 includes one. .Output assembly 22, most commonly referred to as being of the symmetrical type. 6a and 7a it is clear that a symmetrical exit is an exit where the exit path followed by the combustion products is symmetrical about the axis of the incinerator, ie the exit path extends from the center of the exit assembly rather than tangential or helical being. For the exemplary embodiment of FIG. 1 also includes a further output-side combustion stage 24, which further oxidizer and / or ¹ fuel can be supplied through the inlet 26. This output stage 24 serves as an example of a typical incinerator environment, but is not essential to the present invention since the ash-forming incinerator works just as well without the output stage.

56 66656 666

. /Ι5·. / Ι5

Wie am besten in Fig.' 2 gezeigt, werden unvertrannte Mineralstoffe oder Asche als flüssige Asche durch eine Äscheöffrn,ir;,f; aus der Kammer 16 entfernt, die tief an der zylindrischen Wand der Kammer in der Nähe des Ausgangsendes 18 angeordnet ist, Die öffnung ist mit einer Entfernungsanordnung 28 für Asche verbunden, deren Einzelheiten für die vorliegende Erfindung nicht von entscheidender Bedeutung sind. Die ganze Kammer und der Oxydationsmitteleinlaß 12 ist von einem Fluid, beispielsweise Wasser gekühlt, welches durch Kühlmitteleinlässe 30 an der Oberseite des Zylinders eingelassen wird und aus Kühlmittelausgängen am Boden austritt, von denen einige bei 32-' gezeigt sind. Das Kühlen der Brennkammer 16 erzeugt eine verfestigte Aschelage an den Kammerwänden. Die feste Lage aus Asche schützt die Kammerwände vor Erosion durch flüssige Asche und brennende Brennstoff teilchen und schafft au.^f3erdem eine Isolierschicht von verhältnismäßig geringem Leitvermögen, um Wärmeverluste der Kammer zu verringern. Um ein besseres Anhaften der verfestigten Aschelage an den Kammerwänden zu erreichen, ist an den Wänden eine große Anzahl aufrechter Stifte befestigt, wie bei 3^ in Fig. 5 gezeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die Stifte 3^ etwa einen Durchmesser von 1/8 Zoll (3»2 mm) und eine Länge von 1/4 Zoll (6,4. mir,} und sind an den Kammerwänden in einem Abstand von ca. 3/^· Zoll (19,2 mm) angeschweißt. Die ausgangsseitige Verbrennungsstufe 24 wird nur für den Fall benutzt, daß sie zum Anpassen der · thermodynaminchej.i Merkmale des Verbrennungsofens an irgendeinen nachgeschalteter) Prozeß, z.B. einen MHD-Generator benötigt wird.As best in Fig. ' 2 shows, unused minerals or ashes are released as liquid ash through a grayling opener, ir;, f; removed from the chamber 16 which is located deep on the cylindrical wall of the chamber near the exit end 18. The opening is connected to an ash removal arrangement 28, the details of which are not of critical importance to the present invention. The entire chamber and oxidant inlet 12 is cooled by a fluid such as water which is admitted through coolant inlets 30 at the top of the cylinder and exits from coolant outlets at the bottom, some of which are shown at 32- '. The cooling of the combustion chamber 16 creates a solidified layer of ash on the chamber walls. The solid layer of ash protects the chamber walls from erosion by liquid ash and burning fuel particles and creates them. ^f 3erdem an insulating layer of a relatively low conductivity, in order to reduce heat losses of the chamber. In order to achieve better adhesion of the solidified ash layer to the chamber walls, a large number of upright pins are attached to the walls, as shown at 3 ^ in FIG. In one embodiment of the invention, the pins 3 ^ have a diameter of about 1/8 inch (3 »2 mm) and a length of 1/4 inch (6.4. Mir,} and are on the chamber walls at a distance of about 3 / ^ inches (19.2 mm) welded on. The outlet-side combustion stage 24 is only used in the event that it is required to adapt the thermodynamic characteristics of the incinerator to any downstream process, e.g. an MHD generator .

Fig. 2.zeigt in schematischer. Form die Grundgestalt des aschebildenden Verbrennungsofens. Oxydationsgas wird durch eine rechteckige Öffnung, die zwischen dem Kopfende, 20 und dem Ausgangsende 18 angeordnet ist, tangential in die Brennkammer eingeführt. Brennstoff aus dem Kohleeinlaß 14 wird längs eines insgesamt konischen Sprühnebels dispergiertj, der eine wesentliche radiale Geschwindigkeitskomponente enthält, Bei. einem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wirdFig. 2 shows in schematic. Form the basic shape of the ash-forming Incinerator. Oxidation gas is supplied through a rectangular opening made between the head end, 20 and the exit end 18 is arranged, introduced tangentially into the combustion chamber. Fuel from the coal inlet 14 is along one a total of conical spray dispersed, which is an essential contains radial velocity component, At. a presently preferred embodiment of the invention

ein Halbwinkel von ca. 60° in bezug auf die Mittelachse des Zylinders 16 benutzt. Wie am besten in Fig. h gezeigt ist, divergiert Luft aus dem Oxydationsmitteleinlaß 1.2 in zwei -getrennte Bahnen in bezug auf die axiale Strömungskomponente des Oxydationsmittels. Derjenige Teil des Oxydationsmittels, der zum .^:Kopf ende 20 zurückfließt, trifft auf Brennstoff aus dem Kohleeinlaß 14, und es erfolgt eine Verbrennung im Kopfende bei einem stöchiometrisehen Verhältnis, welches etwa der Hälfte des Gesamtverhältnisses des ganzen Verbrennungsofens entspricht. Die Düse l4 verlassende Brennstoff teilchen werden wesentlich erhitzt, während sie das Kopfende durchlaufen, um in der Nähe der Kammerwände auf das Oxydationsgas zu treffen. Wenn also das stöchiometrische Gesamtverhältnis 0,58 beträgt, wie im Anwendungsfall eines MHD-Generators, ist das stöchiometrische Verhälfcniö in der ersten Verbrennungsphase im Kopfehde .eä* 0/29. Für diesen MHD-Anwendungsfall wird zusätzliches Oxydationsmittel in dem nicht gezeigten Einlaß in den MHD-Generator hinzugefügt.a half angle of about 60 ° with respect to the central axis of the cylinder 16 is used. As best shown in Figure h , air from oxidant inlet 1.2 diverges into two separate paths with respect to the axial flow component of the oxidant. That part of the oxidizing agent that is used for. ^: Head end 20 flows back, meets fuel from the coal inlet 14, and there is a combustion in the head end at a stoichiometric ratio which corresponds to about half the total ratio of the entire incinerator. Fuel particles exiting nozzle 14 are substantially heated as they pass through the head end to encounter the oxidizing gas near the chamber walls. If the total stoichiometric ratio is 0.58, as is the case with an MHD generator, the stoichiometric ratio in the first combustion phase in the head is 0/29. For this MHD application, additional oxidizing agent is added to the inlet, not shown, into the MHD generator.

Gase aus der ersten Verbrennungsphase bewegen sich dann in einen zentralen Bereich des Kopfendes in der Nähe der Achse und bewegen sich insgesamt längs und in der Nähe der Achse und zum Ausgangsende 18, wo eine weitere Umsetzung mit dem restlichen Teil des zum Ausgangsende strömenden Oxydationsgases erfolgt. Durch die Verbrennung in. dieser zweiten Phase des Verbrennungsofens wird das stöchiometrische" Gesaratverhältnis erhöht, so daß das Gesamtverhältnis das gewünschte Niveau erreicht. Wie Fig. 4 zeigt, gibt es auch eine geringfügige in Rückwärtsrichtung gerichtete Kernströmung zurück durch die Ausgangsöffnung. Bei Betrachtung von Fig. 4 ist zu beachten, daß sie nur die axialen und radialen Komponenten der Gasströmung wiedergibt. Diesem Strömungsmuster überlagert ist die Strömung im Drehsinn, die durch die tangentiale Einführung des Oxydationsgases hervorgerufen-wird..Diese Strömung im Drehsinn bzw. die Zyklonströmung ist insofern wichtig, als sie eine verhältnismäßig lange Bahn bildet, längs der die Brennstoffteilchen verbrennen können und Asche sich bilden kann. Das Aufwirbeln fördertGases from the first combustion phase then move to a central area of the head end near the axis and move overall along and in the vicinity of the axis and to the outlet end 18, where a further reaction with the remaining part of the oxidizing gas flowing to the outlet end takes place. The incineration in this second phase of the incinerator increases the stoichiometric total ratio so that the overall ratio reaches the desired level. As shown in Figure 4, there is also a slight reverse core flow back through the exit port. When looking at Fig. 4 it should be noted that it only includes the axial and radial components of the gas flow reproduces. The flow is superimposed on this flow pattern in the direction of rotation, which is caused by the tangential introduction of the oxidizing gas. cyclonic flow is important in that it provides a relatively long path along which the fuel particles burn can and ashes can form. The whirling up promotes

j 6 6θ"6j 6 6θ "6

das Vermischen von Brennstoff und Oxydationsmittel und richtet mitgerissenes Material nach außen gegen die Wandoberflächen.the mixing of fuel and oxidizer and straightening entrained material outwards against the wall surfaces.

Jegliche Strömung von Asche über das Ausrangsende 18 des aschebildenden Verbrennungsofens hinaus wird praktisch von einem ringförmigen Umlenkorgan 40 verhindert. Hauptsächlich aus dem Kopfende 20 stammende, verflüssigte Asche fliegt unter der Wirkung von Schwerkraft und Scherkraft zwischen der Asche und den benachbarten, sich bewegenden Verbronnung.sgasen in Rächtun/¹, zum Ascheabstich 28. Für den MHD- und andere ausgowählto Anwendungsfälle des Verbrennungsofens kann ein Zusatzstoff, axial mit dem Kohlebrennstoff eingespritzt werden, wie bei 4l in Fig. 2 angedeutet, um das elektrische Leitvermögen der entstehenden, austretenden Gase zu verbessern oder die Abgasart anderweitig abzuwandeln. Jedoch hat die Strömung des Zusatzstoffs keine Bedeutung für die Erfindung außer in dem Kaf3, in dem der Zusatzstoff mit ausreichenderGeschwindigkeit einspritzbar ist, um zu verhindern, daß er in der ausströmenden Asche eingefangen wird und mit den heißen Abgasen reagiert. Any flow of ash beyond the discharge end 18 of the ash-forming incinerator is practically prevented by an annular deflector 40. Mainly originating from the head end 20, liquefied ash flies under the action of gravity, and shear force between the ash and the adjacent moving Verbronnung.sgasen in Rächtun / ^1, for Ascheabstich 28. For the MHD and other ausgowählto applications of the combustion furnace may be a Additive, axially injected with the coal fuel, as indicated at 4l in Fig. 2, in order to improve the electrical conductivity of the emerging gases or to modify the type of exhaust gas in some other way. However, the flow of the additive is of no importance to the invention except in the caf3, in which the additive can be injected at sufficient speed to prevent it from being trapped in the outflowing ash and reacting with the hot exhaust gases.

Fig. 3 ^zeißt im Schnitt eine typische Zapfendüsenkonstruktion, Der Zapfen 14 hat zylindrische Gestalt und eine Anzahl von ringförmigen Elementen, die einen Axialkanal 42 für den Zusatzstoff begrenzen, zwei konzentrische, ringförmige Durchlässe 43 und UU, die.am Ende des Zapfens miteinander in Fluidverbindung stehen,, wie bei 45 gezeigt, um einen Kühlfluidweg zu bilden, sowie einen diesen umgebenden, ringförmigen Brennstoffkanal 4-6» Der ringförmige Brennstoffkanal U6 endet in einer konischen Ausgangsöffnung 48, die sich in einem durchgehenden Kreis um den Umfang des Zapfens erstreckt. Kohle wird aus der Ausgangsöffnung 48 als konische Fläche ausgestoßen. Zwischen.dem Brennstoffkanal 46 und der Außenfläche des Zapfens ist ein weiterer ringförmiger Kühlkanal 49 vorgesehen.Fig. 3 ^ze eats in section, a typical dispensing nozzle design, the pin 14 has a cylindrical shape and a number of annular elements defining an axial passage 42 for the additive, two concentric annular passages 43 and UU, die.am end of the pin to each other in Fluidly communicating, as shown at 45, to define a cooling fluid path and an annular fuel passage 4-6 surrounding it. The annular fuel passage U6 terminates in a conical exit opening 48 which extends in a continuous circle around the circumference of the pin. Coal is ejected from exit port 48 as a conical surface. A further annular cooling channel 49 is provided between the fuel channel 46 and the outer surface of the pin.

Wie Figuren 5~13 zeigen, kann die Erfindung in einer proßen Vielfalt von Ausführungsbeispielen je nach dem Bedarf der zugehörigen nachgeschalteten Anwendung benutzt werden. ZunächstAs shown in Figures 5-13, the invention can be embodied in one Variety of embodiments according to the needs of the associated downstream application. Next

zeigt. Pig. 5 eine Grundgestalt, die sich die Prinzipien der Erfindung zunutze macht. Es ist eine Kohlezapfendüse zum Einspritzen von Kohle bei 14, ein tangentialer Einlaß 12, ein Ascheabstich 2B und ein Ausgang bei 22a vorgesehen. Bei diesem Ausfuhrüngsbeispiel und allen weiteren noch zu beschreibenden könnte die Kohle alternativ auch mittels in Umfausrichtung weisender Brennstoffeinlaßöffnungen wie den bei 60 in Fig. 10 und 11 gezeigten eingespritzt werden. Der einzige Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und dem anhand von Fig. 1-4 erläuterten besteht darin, daß der Ausgang 22a ein schneckenförmiger Ausgang ist, der im einzelnen in Fig. 5& dargestellt ist. Bei einem schneckenförmigen Ausgang nimmt der Radius der Ausgangsanordnung von einem Minimalwert zu einem Maximalwert zu, und eine Ausgangsleitung geht an der Stelle des maximalen Radius tangential in die Anordnung über. ÖieS ist zu unterscheiden von dem
eine Ausgangsleitungindicates. Pig. Figure 5 is a basic shape that takes advantage of the principles of the invention. A coal spigot is provided for injecting coal at 14, a tangential inlet 12, an ash tap 2B and an exit at 22a. In this exemplary embodiment and all the others yet to be described, the coal could alternatively also be injected by means of fuel inlet openings pointing in the circumferential direction, such as those shown at 60 in FIGS. 10 and 11. The only difference between the embodiment of FIG. 5 and reference to FIG. 1-4 is explained that the output 22a is a worm-like output, which is shown in detail in Fig. 5. In the case of a helical outlet, the radius of the outlet arrangement increases from a minimum value to a maximum value, and an outlet line merges tangentially into the arrangement at the point of the maximum radius. ÖieS is to be distinguished from that
an output line

symmetrischen Ausgang (Fig. 6a), bei dem symmetrisch in eine zylindrische Ausgangs-symmetrical output (Fig. 6a), in which symmetrical into a cylindrical output

anordnung übergeht, d.h. längs eines Radius. Bei beiden Arten von Ausgang ist es das Ziel, eine gleichrnäßige₍ nicht verwirbelte Strömung in der Ausgangsleitung zu erreichen.arrangement passes, ie along a radius. The aim of both types of exit is to achieve a uniform ₍ non-turbulent flow) in the exit line.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 und 6a unterscheidet sich von dem in Fig. 5 gezeigten in zweierlei Hinsicht. Zunächst ist ein einfacherer symmetrischer Ausgang 22b gezeigt. Zweitens ist dieser Ausgang 22b, was wichtiger ist, viel näher am Einlaß angeordnet, d.h. die Gesamtlänge der Aschebildungsstufe ist verkürzt. Diese Verkürzung ist deshalb möglich, weil die zweite Phase der Verbrennung im Ausgangsende 18 der Kammer 16 nur verhältnismäßig kurz dauert, da sie nur gasförmige Komponenten betrifft, die eine hohe Temperatur haben, da der feste Brennstoff praktisch vollkommen im Kopfende verbrannt wurde. Die kompaktere Konskruktion des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6 führt zu weiter verringertem Wärmeverlust und erhöhtem Wirkungsgrad, wobei gleichzeitig die gute Aschegewinnung erhalten bleibt. . ,The embodiment according to FIGS. 6 and 6a differs from that shown in FIG. 5 in two respects. First is a simpler balanced output 22b is shown. Second, this exit 22b, more importantly, is located much closer to the inlet, i.e. the total length of the ash formation stage is shortened. This shortening is possible because the second The combustion phase in the outlet end 18 of the chamber 16 is only relatively lasts short as it only affects gaseous components that have a high temperature, as the solid fuel was practically completely burned in the head end. The more compact construction of the exemplary embodiment according to FIG. 6 leads to further reduced heat loss and increased efficiency, while maintaining good ash recovery at the same time remains. . ,

./19·./19·

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 7a ähnelt dem in Fig, 6 gezeigten, außer daß die Verhrennungsphase am Ausgangsend? ,sich in einem noch kleineren Volumen abspielt, da der mit 12c -bezeichnete Oxydationsmitteleinlaß als Folge der Anordnung ^cLiS Ascheabstichs 28c,am Kopfende viel näher an das Ausgangsende 18 der Kammer 16 verlegt ist. Dor Kohleinjektor ist entsprechen·;"-verlängert und mit dem Einlaß 12c wirksam zum Ausgangsende hin verlagert. Das Volumen am Kopfende ist entsprechend durch die andere Anordnung des Ascheabstichs vergrößert, und der großts Teil der Entfernungsfunktion der Asche erfolgt wie bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen in der ersten Verbrennungsphasa am Kopfende. Auf diese Weise wird der Wärmeverlust durch den Ascheabstich 28c reduziert, weil die Temperatur im Bereich des Kopfendes niedriger ist. Die Anordnung des Ascheabstichs. 2Rc am Kopfende 20 führt zu einem höheren Wirkungsgrad der Entaschung,., da wegen der niedrigeren Temperatur des Kopfendes die Verflüchtigung von. Asche verringert sein sollte. Ferner sollte die Asche, die sich an den Wänden des Kopfendes abgesetzt hat, leichter von der axialen Komponente der in das Kopfende 20 eintretenden Eingangsströmung zum Ascheabstich mitgerissen werden.The embodiment of FIGS. 7 and 7a is similar to that shown in FIG. 6, except that the verification phase at the output end? , takes place in an even smaller volume, since the oxidizing ^agent inlet labeled 12c is moved much closer to the outlet end 18 of the chamber 16 at the head end as a result of the arrangement cLiS ash tapping 28c. The coal injector is correspondingly ";" - extended and effectively displaced towards the outlet end with the inlet 12c. The volume at the head end is correspondingly increased by the different arrangement of the ash tap, and the majority of the ash removal function takes place in FIG First combustion phase at the head end. In this way, the heat loss through the ash tap 28c is reduced because the temperature in the area of the head end is lower. The arrangement of the ash tap.2Rc at the head end 20 leads to a higher efficiency of ash removal, In addition, the ash deposited on the walls of the head end should be more easily entrained by the axial component of the inlet flow entering the head end 20 to the ash tap.

Die in Fig. 8 und 8a gezeigte Gestaltung ist eine weitere Verfeinerung des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels. Insbesondere, ist der tangentiale Oxydationsgaseinlaß durch einen schneckenförmigen Einlaß 12d ersetzt^ der meistens als abgesetzter, schneckenartiger Typ bezeichnet wird. Das gleiche Volumen an Oxydationsgas kann durch den schneckenförmigen Einlaß wie durch den , tangentialen Einlaß zugeführt werden, aber mit einer wirksamen Verringerung der axialen Länge des Einlasses, da der schneckenförmige Einlaßkanal in radialer Richtung gemessen größer sein kann als ein tangentialer Einlaß in einen Zylinder der gleichen Größe. Diese kürzere axiale Länge kann die Wärmeverluste des Verbrennungsofens verringern und damit den Wirkungsgrad erhöhen. Wichtiger ist jedoch, daß die im einzelnen in Fig. 8a gezeigte abgesetzte Schneckenform 12d das Oxydationsgas in einer besseren symmetrischen Art um die,· WändeThe design shown in FIGS. 8 and 8a is a further refinement of the exemplary embodiment shown in FIG. In particular, the tangential oxidizing gas inlet is replaced by a helical inlet 12d ^ which is mostly a stepped, snail-like type is called. The same volume of oxidizing gas can pass through the helical inlet as fed through the tangential inlet, but with an effective reduction in the axial length of the inlet, because the helical inlet channel is measured in the radial direction can be larger than a tangential inlet into a cylinder of the same size. This shorter axial length can reduce the heat losses of the incinerator and thus increase the efficiency. What is more important, however, is that the stepped screw shape 12d shown in detail in FIG Oxidizing gas in a better symmetrical way around the, · walls

-Yf--Yf-

der Kammer 16 herum einführt. Das in der Schneckenform zirkulierende Oxydationsmittel verbreitet sich in ziemlich gleichmäßiger. Art um den Umfang der Schneckenform herum über die Schneckenkanten statt in entgegengesetzten axialen Richtungen in einem begrenzten Bereich in der Nähe der tangentialen Einlaßöffnung auszuströmen. Anders .ausgedrückt· wird durch den schneckenförmigen Einlaß die Oxydationsmittelströmung gleichmäßig um den Umfang der Kammer eingeführt statt in einem im Winkel begrenzten Bereich.around the chamber 16. The circulating in the shape of a snail Oxidant spreads in a fairly uniform manner. Kind around the circumference of the snail shape around the Screw edges rather than in opposite axial directions in a limited area near the tangential inlet port to flow out. Another way of expressing it is by the helical inlet the oxidant flow evenly inserted around the perimeter of the chamber rather than in an angularly limited area.

Die in Fig. 9 gezeigte Gestaltung betrifft einen doppelseitigen aschebildenden Verbrennungsofen, bei dem zwei Kopfenden 20 und 20' jeweils an einer Seite eines zentralen Ausgangsbereichs angeordnet sind und zwei Einlasse 12e der in Fig. .8 gezeigten, abgesetzten schneckenförmigen Art vorgesehen sind. Es sind auch zwei Ascheabstiche 28e und zwei Kohleinjektoren 14 und l4e vorgesehen. Der Hauptvorteil der in Fig. 9 gezeigten Gestaltung besteht in weiter vermindertem Wärmeverlust, da die Ausgangsenden der Gestaltungen gemäß Fig. 8 weggelassen sind» Bei der Ausführung gemäß Fig. 8 mit nur einem Ende besteht ein beträchtlicher Wärmeverlust am Ausgangsende 22a, während diese Verluste bei der Ausführung gemäß Figo 9 dadurch auf ein Minimum eingeschränkt sind, daß die Ausgangsenden im Mittelbereich 50 vereinigt sind. The configuration shown in FIG. 9 relates to a double-sided ash-forming incinerator having two head ends 20 and 20 'each on one side of a central exit area are arranged and two inlets 12e of the stepped helical type shown in Fig. 8 are provided. There are too two ash taps 28e and two coal injectors 14 and 14e are provided. The main advantage of the design shown in Fig. 9 is further reduced heat loss because of the exit ends of the designs according to FIG. 8 are omitted. In the embodiment according to FIG. 8 with only one end, there is a considerable Heat loss at the outlet end 22a, while these losses in the embodiment according to FIG. 9 are thereby reduced to a minimum are that the output ends are united in the central region 50.

Fig„ 10 zeigt eine vertikal ausgerichtete Brennkammer 16 mit abgesetztem, schneckenförmigem Einlaß 12f, symmetrischem Auslaß 22f, Kohleinjektoren 60, die längs des Umfanges um die Kammer 16 an einer vom Einlaß 12f geringfügig zum Kopfende 20f verlagerten Stelle angeordnet sind_/und einem Ascheabstich 28f, der in axialer Ausrichtung im Kopfende.angeordnet ist. Das Betriebsprinzip ist das gleiche wie bei den bereits beschriebenen grundlegenden Ausführungen. Kohle wird in den Anteil der zum Kopfende 2Of der Kammer 16 fortschreitenden Einlaßströmung eingespritzt, und eine erste Verbrennungsphase erfolgt am Kopfende bei einem yerhaitnismäßig niedrigen stochiometrisehen Verhältnis.10 shows a vertically aligned combustion chamber 16 with a stepped, helical inlet 12f, symmetrical outlet 22f, coal injectors 60 which are arranged along the circumference around the chamber 16 at a point slightly displaced from the inlet 12f to the head end 20f _/ and an ash tap 28f, which is arranged in axial alignment in the head end. The principle of operation is the same as that of the basic designs already described. Coal is injected into the portion of the inlet flow advancing towards the head end 20f of chamber 16 and a first phase of combustion occurs at the head end at a relatively low stoichiometric ratio.

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Dann kann eine zweite Verbrennung stuf e im Ausgangsondo-des Verbrennungsofens stattfinden, ehe die VerbrennungGproäukte ^durch den symmetrischen Ausgang 22f entweichen.Then a second stage of combustion can be carried out in the initial condom Incineration furnace take place before the incineration products ^ escape through the balanced output 22f.

Jedes der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann so abgewandelt werden, daß es als Gasgenerator arbeitet/ inden eine Einrichtung eingeschlossen wird, die die ganze Oxydationsgasströmung zum Kopfende 20 des Verbrennungsofens umleitet. Wie ZoB. in Fig. 11 und 11a gezeigt, hat das in Fig. 10 dargestellt::, senkrecht ausgerichtete Ausführungsbeispiel ein Kopfende 20g ur,u ein zylindrisches Umlenkorgan 62, welches im Oxydationsmitteleinlaß 12g angeordnet ist, um als Strömungsableitorgan, /.u wirken, welches sicherstellt, daß die Oxydationsmittolströmung eine axiale Komponente hat, die nur zum Kopfende gerichtet ist, wie durch die Pfeile 64 angedeutet. Natürlich ist die Einlaßströmung so eingestellt, daß sie ein gewünschtes stöchiometrisches Verhältnis zum Erzeugen eines brennbaren Gases ergibt. Auf diase Weise wird die zweite Verbrennungsphase ausgeschaltet, von der oben gesagt wurde, daß sie im Ausgangsende des Verbrennungsofens stattfindet, und das stöchiometrische Gesamtverhältnis des Verbrennungsofens "wird auf den gleichen verhältnismäßig niedrigen Wert reduziert, der im Kopfende vorherrscht» Dadurch werden am Ausgang Gase mit den thermodynamisehen Eigenschaften erhalten, die für geeignetes Treibgas charakteristisch sind. Es ist klar, daß auch jede der anderen Ausführungsformen leicht no abgewandelt werden könnte, daß sie das in Fig. 11 gezeigte Strömungsumlenkorgan 62 mitumfaßte, um als Gasgenerator zu arbeiten«Any of the embodiments described above can be modified to operate as a gas generator by including means for diverting all of the oxidizing gas flow to the top 20 of the incinerator. Like ZoB. 11 and 11a, the vertically aligned embodiment shown in FIG. 10 has a head end 20g ur, u a cylindrical deflecting element 62, which is arranged in the oxidant inlet 12g to act as a flow diverting element, /.u, which ensures that the oxidant flow has an axial component which is only directed towards the head end, as indicated by the arrows 64. Of course, the inlet flow is adjusted to give a desired stoichiometric ratio for producing a combustible gas. This eliminates the second phase of combustion, which was said above to take place in the exit end of the incinerator, and the overall stoichiometric ratio of the incinerator "is reduced to the same relatively low value that prevails in the head end the thermodynamic properties which are characteristic of a suitable propellant. It is clear that each of the other embodiments could easily be modified so that they also included the flow deflector 62 shown in FIG. 11 in order to work as a gas generator. "

Anhand der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß die vorliegende Erfindung einen bedeutsamen Fortschritt auf dem Gebiet von Kohleverbrennungsöfen darstellt» Insbesondere wird erfindungsgemäß ein aschebildender Verbrennungsofen geschaffen^ der mit erwünschten Eigenschaften der Entaschung bei verhältnismäßig niedrigem stöchiometrischem Verhältnis arbeitet und deshalb verringerte Wärmeverluste und einen erhöhten Wirkungsgrad bietet. Ferner läßt sich der Verbrennungsofen leicht an dieFrom the foregoing description, it will be understood that the present Invention represents a significant advance in the field of coal-burning furnaces »In particular, according to the invention an ash-forming incinerator was created with desired properties of ash removal at relatively low stoichiometric ratio works and therefore reduced heat losses and increased efficiency offers. Furthermore, the incinerator can easily be attached to the

Erfordernisse verschiedener nachteschal teter Prozesse anpassen, ζ.Ε. an KiHD-Genera tor en oder Verfahren, für die als Brennstoff .Synthesegas benötigt wird. Es liept auch auf der Hand, daß, obwohl hier spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung aus Gründen der Erläuterung im einzelnen beschrieben wurden, verschiedene Abwandlunren vorgenommen werden können, ohne damit den Geist oder Rereich der Erfindung zu.verlassen. Folglich ist die Erfindung außer durch die beigefügten Ansprüche nicht als beschränkt auf zufassen. :Adapt the requirements of various subsequently switched processes, ζ.Ε. to KiHD generators or processes for which as fuel .Synthesegas is required. It is also obvious that, though here special embodiments of the invention Described in detail for reasons of explanation, various Modifications can be made without departing from the spirit or scope of the invention. Consequently is not the invention except by the appended claims as limited to grasp. :

Claims

Expectations

a combustion chamber with a head end and an output end; a device for injecting coal dust into the head end, · a device for injecting oxidizing gas into the Circumferential direction in the combustion chamber between the head end and the Exit end in such a way that at least part of the oxidizing agent flow progresses to the head end and there with the injected coal is converted in a first combustion phase;

a device for removing incombustible ash from the combustion chamberj and

a device located at the exit end which provides an exit for the combustion products.

2. A coal combustion furnace according to claim 1, wherein the means for injecting oxidizing gas directs all of the flow of oxidizing gas directly to the head end; and the flow of the oxidizing gas is regulated to provide a relatively low stoichiometric ratio in the head end to produce combustion products rich in unburned matter.

3 · - coal combustion furnace according to claim 1, wherein the The device for injecting oxidizing gas operates so that another portion of the oxidant flow is immediate to the

- ir - · ■- ir - · ■

The exit end goes to there with the products of the combustion of the first phase to be converted into a second combustion phase j. and the stoichiometric ratio in the ratio 'at the first combustion phase is significantly lower than the total stoichiometric ratio for the incinerator.

4. Coal combustion furnace according to claim 3 »^ Qi dem about one half of the Oxyda ti onsgasströmung immediately to the head end goes and the stoichiometric ratio with respect to the first combustion phase is about one half of the total ratio for turns off the incinerator. .

5 · Coal combustion furnace according to claim 3 »^ ei which die Device for injecting oxidizing gas is arranged approximately in the middle between "the head and outlet ends, and the device to remove "incombustible ash near the Output end is arranged.

6. coal combustion furnace according to claim 3, wherein the -Development for removing incombustible ash nearby of the head end, whereby the volume of the outlet end is further reduced, and the means for injecting of oxidizing gas as a result closer to the exit end is arranged.

7.. Coal combustion furnace according to claim 6, wherein the Means for injecting oxidizing gas of stepped helical type is to have a smaller axial length and to create a correspondingly reduced heat loss.

8. Coal combustion furnace according to claim 7 with:

a second combustor having a head end and an exit end coupled to the exit end of the first combustor is;

second means for injecting pulverized coal into the second head end and
second means for injecting oxidizing gas into

'je (-ce 3 2 3 7 4 B Λ- 'each (-ce 3 2 3 7 4 B Λ-

- ar- ■

* as-* as-

Circumferential direction into the second combustion chamber between the head end and the exit end of the second combustion chamber; with heat losses of the output end due to the arrangement of the both output ends back to back on a ['' iiiimurn reducer '; are .. ■ '■■

9. '■. Coal incinerator with

a combustion chamber which is arranged in a vertical position and has a downward-facing head end and an up-facing exit end}

a device for injecting coal dust into the head end ι

a device for injecting oxidizing gas in the circumferential direction into the combustion chamber between the head end and the exit ends in such a way that at least a portion of the oxidant flow goes to the head end and implemented there with the injected coal in a first combustion phase will; . .

a device for removing incombustible ash the combustion chamber *! and

a device arranged at the output end which has an output for the combustion products creates =

10.. Coal combustion furnace according to claim 9> wherein the means for injecting pulverized coal has a plurality of fuel inlet openings spaced around the circumference the combustion chamber are provided in the head end.

11., coal combustion furnace according to claim 9 or 10, in which the device for removing incombustible ashes centrally is arranged in the head end of the combustion chamber.

12 .. Kohl ever brenn ujigs oven according to claim 9 »10 or ll _f, in which the device for injecting oxidizing gas works so that a different proportion of the oxidizing agent flow goes directly to the outlet end, around there with the products

the combustion of the first phase to be implemented in a second combustion phase, and that the stoichiometric ratio, nis essential in relation to the combustion of the first phase is lower than the total stoichiometric ratio, des Incinerator. . '

13. Coal combustion furnace according to claim 9, 10 or 11, in which the means for injecting oxidizing gas die total flow of oxidizing gas immediately to the head end ■ directs} the flow of the oxidizing gas is regulated so that a relatively low stoichiometric ratio in at the head end to produce combustion products that are rich in unburned matter.

14. ■■ · ■■ Coal combustion furnace according to claim 13 * 'in which the Device for injecting oxidizing gas in the general direction towards the head end of an annular, diverting scoop element to block any axial flow component to the exit end and one axial flow component only in the direction of the head end.

15. Coal incinerator with

a generally cylindrical combustion chamber with a head end and an exit end;

means for injecting pulverized coal into the head end in a conical flow pattern which diverges from the axis of the combustion chamber to the cylindrical wall of the same a device for injecting oxidizing gas in a tangential direction into the circumference of the combustion chamber at one point, which lies between the head end and the exit end, so that at least part of the oxidant flow goes directly to the head end and there with the injected coal in one first combustion phase is implemented; one in the combustion chamber arranged ash trap for removing incombustible ash; and

C -OCbC -OCb

an exit device located near the exit end is arranged to have an output for * the combustion product ^ _ to accomplish.

16. Coal combustion furnace according to claim 15 _9, in which the 'combustion chamber is oriented horizontally and the ash trap is arranged in the cylindrical wall of the combustion chamber.

17. Coal combustion furnace according to claim 16, wherein the means for injecting Oxydati ons / ras about in the kites is arranged between the head end and the output end and the ash trap is located near the exit end.

18. Coal combustion furnace according to claim 16, wherein the dia Means for injecting oxidizing gas is arranged near the exit end to a relatively small size To create volume for the second combustion phase, and the grayling trap is arranged in the head end, where an .aschebildende Combustion takes place.

19 .: coal combustion furnace according to claim l6, in which the Device for injecting Oxydati onsgas from settled helical type is to further reduce the axial length of the incinerator and a smoother flow pattern of the oxidizing gas.

20. Double-sided coal combustion furnace with a first and a second combustion chamber, the output ends of which are coupled to an output arrangement and which have opposite head ends

first and second means for injecting pulverized coal in the first and second head end j onej? first and second means for injecting oxidizing gas near the output arrangement in such a "way ^ that at least a portion of the oxidizing gas to the head ends of the first and second combustion chamber flows and

a first and second ash trap that is attached to the head ends of the first and second combustion chambers are arranged; the burning in the head ends at a relative low stoichiometric ratio takes place and the coupling the outlet ends reduces heat losses and thermodynamic Increases efficiency. :.

21. Coal combustion furnace according to claim 20, wherein the The device for injecting oxidizing gas operates in such a way that another part of the oxidant flow closes immediately the corresponding output ends go to there with the products the combustion of the first phase to be converted into a second combustion phase and in which the stoichiometric ratio with respect to the first combustion phase is significant is lower than the total stoichiometric ratio of Incinerator.

22. Coal combustion furnace according to claim 21, wherein about one half of the oxidant gas flow immediately to the head ends each of the combustion chambers goes and the stoichiometric ratio with respect to the first combustion phase is about one Half of the total ratio for the incinerator. .

23 ·. Coal combustion furnace according to claim 20, wherein the Means for injecting oxidizing gas the entire flow of oxidizing gas directly to the head ends sets up and. the flow of the oxidizing gas is regulated so that in the head ends a relatively low stoichiometric Ratio arises to produce combustion products that are rich in unburned matter. . .

24. A method of operating a coal-burning furnace, which comprises the following steps: Injection of oxidizing gas in the circumferential direction into a combustion chamber with a head end and an exit end in such

323745

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Manner that at least a portion of the flow is directed towards the head end;

Injecting coal dust into the head end in solo fro VJoise, .that a combustion initially occurs at a verholtni smäßl g low stoichiometric ratio and low porosity temperature takes place, -independent from the end of the period before the use of the gaseous pre-combustion products and regardless of the total stoichiomotry of the Incinerator j.

Remove incombustible ashes from the combustion chamberj and Letting the essentially gaseous products of combustion flow out from the combustion chamber.

25. The method of claim 24, wherein to the step of Injecting oxidizing gas belongs to that the oxidizing gas tangentially into the combustion chamber at a point between the head end and the outlet end is injected in such a way '' that the oxidizing gas flow splits into two essentially equal parts, the opposite axial speed components and that the step of injecting pulverized coal into the head end includes that the Coal injected into the oxidizing grass portion flowing to the head end, is, with a first combustion phase arn 'head end occurs at a stoichiometric ratio which is about one-half the total ratio for the incinerator is equivalent to.

26. The method of claim 24, wherein to the step of Injection of oxidizing gas involves that the oxidizing gas enters the chamber at a location between the head end and the The exit end is injected so that substantially all of the gas flow is directed towards the head end and none towards the exit end is and that the flow of the oxidizing gas is regulated so that a desired stoichiometric ratio in Head end arises, which is also the stoichiometric overall ratio is the same for the entire incinerator «.

27. A fuel incinerator with

a combustion chamber with a head end and an output socket.de; a device for injecting oxidizing gas in the circumferential direction into the combustion chamber between the head end and the exit end in such a way that at least part of the Oxidant flow goes to the head end; ■ means for injecting fuel into the head end for reaction with the oxidizing gas in a first combustion phase; and

means located at the exit end which provides an exit for the combustion products.

28. The fuel incinerator of claim 27, wherein the fuel produces ash when burned and the incinerator further includes means for removing the ash the combustion chamber contains. ·

29.. Coal combustion furnace according to claim 1 or 15 with a device attached to the walls of the combustion chamber, which promotes the adherence of solidified ash to the walls of the chamber. .

30. Coal combustion furnace according to claim 29, wherein the Fixture attached to the walls of the combustion chamber contains a plurality of "-art right" pins.:.

^C,L ^C , L

TRW Inc. "'' ......-..-. ..", .. oZO / ir,} 'i

31. A fuel incinerator with a combustion chamber _? which has a head end and an opposite exit:; gangsencU; 'has _; , _a fuel and oxidizer medium inlet direction;: for supplying a particulate solid fuel π i \: din Kanuic at the head end and for supplying oxidizing medium into the chamber, around a rotary flow; of high velocity inside the chamber, an outlet for the discharge of combustion products from the outlet end of the chamber, an ash-forming baffle between the ends and an ash trap for removing ash from the chamber, the incinerator being characterized by: that the inlet device; the Stronunp; part of the; Oxidizing agent to the head end of the chamber and (3ie Ctröriunp; the remaining incoming oxidizing agent to the exit, -anrserhle causes the chamber, whereby the Rrermstoff and the Oxy <ia ti onymi ttel component within the head end of the chamber in a first combustion phase at a Proportional: low stoichiometric ratio and a correspondingly low temperature are converted so that the ash content of the incoming fuel is liquefied with minimal evaporation and the liquid ash is centrifuged against the chamber wall to be removed by means of the ash trap and the rest of the incoming oxidizing gas is reacted with the combustion products of the first phase near the exit end of the chamber in a two ton combustion phase to create an overall stoichiometric ratio which is significantly higher than that of the first phase

32 "fuel incinerator according to claim 3I, characterized in that the inlet device has a tangential Has oxidizing gas inlet between the chamber ends, which causes the splitting of the incoming oxy dation gas flow, to the amount of oxidant, which is at the top of the 'Kanv mer flows and create the residual oxidant that flows to the exit end of the chamber, thereby increasing the flow of oxy-

-T--T-

dation gas share in total in countercurrent ratio to the flow of fuel and combustion products of the first phase is carried out through the chamber.

33. -brenn st off incinerator according to claim 31 or 32, characterized in that the inlet device essentially directs the oxidizing gas entering to the head end =

3 ^. Fuel incinerator according to claim 31 or 32, characterized in that etvja one half of the entering Oxydationr.gases flows to the head end and the stoichiometric ratio The first combustion phase is about half of the total for the incinerator.

35 Fuel - Ve! 'Does not burn according to claim 3I or 32, characterized in that the inlet device has a separate, Snail type oxidant inlet for injection of oxidation pass in tan / rentialer, direction in the chamber.

36. fuel incinerator according to claim 31 or 32, characterized in that the outlet passes axially through the outlet end the chamber is open »

37. fuel incinerator according to claim 3I or 32, characterized in that the outlet is helical Outlet opening in the tangential direction from the output end of the Has chamber.

38. fuel incinerator according to claim 31 or 32, characterized in that the outlet is laterally a \ AS the outlet end the chamber is open.

39. Fuel incinerator according to claim 32, characterized characterized in that the oxidant inlet is closer to the head end

^C , C Ct 6

. 33 ·. 33

than at the Umlenk or pan is arranged ^ and that the ash trap dem Deflection element is arranged adjacent.

'40. Fuel incineration furnace according to claim 12 .. _} characterized in that the oxidizing agent inlet is arranged approximately in the middle between the head end and the surrounding element, and the ash trap is arranged adjacent to the deflecting element.

kW ':.: Fuel incinerator according to claim 32 »■ characterized in that the oxidation outlet is arranged closer to the deflector than at the head end of the chamber and that the ash trap is arranged adjacent to the head end of the chamber»

k2. .Fuel combustion furnace according to claim 31 »characterized by a second combustion chamber with an outlet end which is open to the outlet end of the first-mentioned combustion chamber and with an opposite head end .. a second fuel and oxidant inlet device for supplying a particulate, solid, carbonaceous fuel into the top of the second chamber and for supplying oxidizing gas to the latter chamber to create a high velocity flow therein, an outlet for discharging combustion products from the exit end of the second chamber, an ash trap for removing _: ash from the two. th chamber, the inlet means of the second chamber causing a portion of the incoming oxidizing gas to flow to the head end of the second chamber and the remainder of the incoming oxidizing gas to the outlet end of the second chamber, whereby the. Oxidation gas fraction and the entering fuel within the head end of the second chamber in a first combustion phase at a relatively low stoichiometric. Ratio and a correspondingly low temperature are reacted with each other so that the ash content of the incoming fuel is liquefied with minimal evaporation and the liquid ash is centrifuged against the chamber wall "to be removed by the ash trap" and the rest of the

entering oxidizing gas within the exit end of the second chamber is reacted with the combustion products of the first phase in a second combustion phase, to the second combustion chamber to a stoichiometric overall ratio give, which is much higher than the stoichiometric ratio of the first phase in the second chamber.

43. Fuel incinerator according to claim 3I or 32, characterized in that the combustion chamber is arranged vertically and has its exit end at the top and its head end ■ at the bottom.

44 «,. A fuel incinerator according to claim 43, characterized in that characterized in that the inlet means has a plurality of fuel inlet ports spaced from one another in the circumferential direction around the head end of the combustion chamber are arranged around. .

45. fuel incinerator according to claim 43, characterized in that the ash trap is centrally located at the bottom of the Combustion chamber is arranged.

46., fuel incinerator according to claim 31 or 32, characterized in that devices are attached to the walls of the combustion chamber which promote the adherence of solidified ash to the walls of the chamber. ^::

47. Fuel incinerator according to claim "} 1 or 32, characterized in that the total stoichiometric ratio is sufficiently high to bring about a substantially complete gasification of the fuel, while the combustion temperatures are sufficiently low to avoid evaporation of liquid ash.

48. A combustion process in which a particulate, solid, carbonaceous fuel and oxidizing

3 2 3 7 4 5 />3 2 3 7 4 5 />

* 35·* 35

medium so into a head end and an opposite slippery end having reaction chamber is introduced that a rotary flow of high speed is generated within the chamber, combustion products from the Aue gangs end eggs Chamber discharged and ash removed from the chamber ', wherein the method is characterized in that the fuel enters at the head end of the chamber, a first part of the incoming oxidizing agent flows to the head end of the chamber and the remainder of the oxidizer to the exit end of the chamber flows, causing the first part eggs inside the head end Chamber with the incoming fuel in a harvested combustion phase at a relatively low stoichiometric Ratio and a correspondingly low temperature is implemented so that the ash content of the fuel is liquefied with minimal evaporation and the liquid ash against the chamber wall is centrifuged to be removed from the chamber zu''ll, and the rest of the incoming oxidizing agent with the combustion products of the first phase in a second combustion phase in the vicinity :; end egg .; the Chamber is implemented to create an overall stoichiometric ratio which is significantly higher than that of the first phase.

49 ° method according to claim 48, characterized in, that the oxidant enters the combustion chamber tangentially between is injected into the head end and the outlet end in such a way that the incoming oxidant flow is divided to reduce the oxidant fraction, which flows to the head end, and the oxidant residue to be created flows to the output end, whereby the Flow of the oxidant fraction to the head end of the chamber as a whole in countercurrent ratio to the flow of the fuel and the products of combustion pass through the chamber.

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50. The method according to claim 48 or 49, characterized in that that the first combustion phase with a stoichiome " tric ratio takes place, which is about one half of the total ratio for the incinerator.

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51. The method according to claim k8 or ^ 9, characterized in that essentially the oxidizing agent entering f-anze is directed towards the head end of the chamber.