DE3614176A1

DE3614176A1 - Turbulence burner and method of combusting coal dust and/or fuel oil

Info

Publication number: DE3614176A1
Application number: DE19863614176
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Gillner; Konrad Dipl Ing Walther; Karlheinz Grevener; Guenther Richter; Lothar Dipl Ing Mueller; Friedrich Roettger; Hans-Christian Dipl Ing Wismar; Hartmut Mehnert; Eberhardt Dr Rer Nat Stolarski
Original assignee: INST ENERGIEVERSORGUNG
Current assignee: INST ENERGIEVERSORGUNG
Priority date: 1985-10-24
Filing date: 1986-04-26
Publication date: 1987-04-30
Also published as: DD258541A3

Abstract

The invention relates to a turbulence burner and a method of combusting coal dust and/or fuel oil, in particular for narrow, greatly cooled combustion spaces, e.g. flame pipes, but also for uncooled combustion chambers. The object of the invention is the environment-friendly combustion of coal dust and/or fuel oil. The aim of the invention is to produce a suitable burner and the associated method for low-nitrogen-oxide combustion of coal dust and/or fuel oil. According to the invention, an oil nozzle connection surrounded by an air cooling pipe is arranged centrally, and both are surrounded concentrically by a primary air supply pipe so that a primary air annular duct is formed. For cooling the nozzle head, a connection pipe with a throttle is provided. Via a secondary air housing, a vane ring and a diffuser, secondary air which is greatly swirled passes to the burner mouth. As a result of optimum air and fuel guidance and highly turbulent flow, a low-nitrogen-oxide combustion is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbulenzbrenner und ein Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub und/oder Heizöl. Der Turbulenzbrenner eignet sich sowohl für enge, stark gekühlte Brennräume, beispielsweise Flammenrohre, als auch für ungekühlte Brennkammern, wie sie vielfach bei Trocknungsprozessen angewandt werden.The invention relates to a turbulence burner and a Process for the combustion of coal dust and / or Heating oil. The turbulence burner is suitable for both narrow, strongly cooled combustion chambers, for example Flame tubes, as well as for uncooled combustion chambers, as they are often used in drying processes.

Kombinierte Öl-/Kohlenstaubbrenner wurden bisher ausschließlich für Wärmeerzeugungsanlagen mittlerer und größerer Einheiten eingesetzt. Dabei handelt es sich in der Mehrzahl um Parallelstrombrenner, vereinzelt aber auch um Brenner mit verstellbaren Drallschaufeln für vorgewärmte Sekundärluft und Zuführung äußerer gleichfalls vorgewärmter Tertiärluft. Die bekannten Brennerkonstruktionen sind für große Brennräume konzipiert. Eine bekannte, den Stand der Technik charakterisierende Lösung ist in DE-OS 29 08 448 beschrieben. Dieser Brenner besteht aus einem Kernluftrohr mit zentrisch angeordneter Ölzerstäubungslanze, einem das Kernluftrohr umgebenden Mantelluftrohr mit einem am Lufteintritt angeordneten und axial verschiebbaren Drallschaufelkranz sowie einem sich zum Feuerraum hin erweiternden Brennerkelch (Diffusor). Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß die Kühlung der Ölzerstäubungslanze nur über das Kernluftrohr erfolgen kann, was zu einer unkontrollierbaren inneren und äußeren Verdrallung des Kohlenstaub-/Luftgemisches und dadurch verursachter Minderung der Verbrennungsqualität führt. Spezielle Turbulenzbrenner Öl/Kohlenstaub für enge und stark gekühlte Brennräume, beispielsweise Flammenrohrdampferzeuger, insbesondere mit verminderter Stickoxidbildung bei der Verbrennung, sind nicht bekannt.Combined oil / coal dust burners have so far been exclusive for medium and heat generation plants larger units used. It is about the majority around parallel current burners, isolated but also around burners with adjustable swirl blades for preheated secondary air and external supply likewise preheated tertiary air. The well-known Burner designs are for large combustion chambers designed. A known, the prior art characterizing solution is in DE-OS 29 08 448 described. This burner consists of a core air tube with a centrally arranged oil atomizing lance, a jacket air pipe surrounding the core air pipe one arranged at the air inlet and axially displaceable Swirl vane ring and one to the firebox expanding goblet (diffuser). The The disadvantage of this solution is that the cooling the oil atomizing lance only through the core air pipe can happen, resulting in an uncontrollable inner and external swirl of the coal dust / air mixture and the resulting reduction in the quality of combustion leads. Special turbulence burner oil / coal dust for narrow and strongly cooled combustion chambers, for example Flame tube steam generator, especially with reduced Nitrogen oxide formation during combustion not known.

Die Erfindung stellt sich das Ziel, mit dem vorgeschlagenen Turbulenzbrenner und dem erfindungsgemäßen Verfahren Kohlenstaub und/oder Heizöl insbesondere in engen stark gekühlten Brennräumen umweltfreundlich verbrennen zu können.The invention sets itself the goal with the proposed Turbulence burner and the method coal dust according to the invention and / or heating oil, especially in narrow, strongly cooled To be able to burn combustion chambers in an environmentally friendly manner.

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Turbulenzbrenner und ein mit diesem zu realisierendes Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub und/oder Heizöl in engen, stark gekühlten Brennräumen zu entwickeln, mit dem eine stabile Zündung und Verbrennung wenig zündfreudiger Brennstoffe durch eine erzwungene, hochturbulente Strömung unterschiedlicher Intensität in der Zündungs- und Abbrandphase des Brennstoffes sowie durch Erzeugung eines phasenverschobenen Abbrandprofils erreicht werden kann.The invention has the task of a turbulence burner and a method of combustion to be implemented with this of coal dust and / or heating oil in narrow, strongly cooled To develop combustion chambers with a stable ignition and combustion of fuels that do not ignite easily a forced, highly turbulent flow of different Intensity in the ignition and combustion phase of the fuel as well as by creating a phase shift Burning profile can be achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein zentral angeordneter an sich bekannter Öldüsenstock so von einem Luftkühlrohr umgeben ist, daß ein schmaler Ringkanal entsteht. Das Luftkühlrohr ist mit einem Rohrkrümmer starr verbunden und in einem Turbulenzgenerator mittig gelagert. Dieser besteht erfindungsgemäß aus einer Platte mit mehreren Öffnungen von unterschiedlichen Formen und Abmessungen, von denen einzelne in oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung mit kurzen Rohrstutzen versehen werden können und befindet sich in einem, in Abhängigkeit vom Durchmesser des Primärluftführungsrohres zu wählenden Abstand vor dem Brennermund. In einem als Kühlluftzuführungsleitung dienendem Verbindungsrohr ist eine Drossel eingebaut. Konzentrisch um das Luftkühlrohr ist ein Primärluftführungsrohr angeordnet, so daß ein Primärluft-Ringkanal gebildet wird. Einem Sekundärluftgehäuse ist zunächst ein Leitschaufelkranz und anschließend ein Diffusor nachgeschaltet. Der gesamte Turbulenzbrenner ist mittels Anschlußflansch an der Frontwand der Brennkammer befestigt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelangen sowohl das Heizöl als auch die Zerstäuberluft über den Öldüsenstock zum Düsenkopf, wobei der dem Brennstoff beigemengte, für eine vollständige Verbrennung unzureichende, Primärluftanteil - mit oder ohne Kohlenstaubbeladung - einen Flammenkern mit reduzierender Atmosphäre bewirkt. Über den durch das Luftkühlrohr und Öldüsenstock gebildeten schmalen Ringkanal gelangt die Kühlluft in Form von Schleichluft an den Düsenkopf. Die erforderliche Luftmenge wird über die Drossel im Verbindungsrohr fest eingestellt. Im Turbulenzgenerator wird die Strömung im Primärluft-Ringkanal - mit oder ohne Staubbeladung - in eine Vielzahl von Einzelstrahlen mit Turbulenzballen geteilt, die beim Mischvorgang mit dem eingebrachten Brennstoff einen hohen Diffusionsgrad bewirken und damit auch bei wenig zündfreudigem Kohlenstaub eine stabile Durchzündung gewährleisten.According to the invention the object is achieved in that a centrally arranged oil nozzle stick known per se is surrounded by an air cooling tube that a narrow ring channel arises. The air cooling pipe is with a pipe bend rigidly connected and centered in a turbulence generator stored. According to the invention, this consists of a plate with multiple openings of different shapes and Dimensions, each of which is in or opposite Provide short pipe sockets to the direction of flow can be and is in one, depending of the diameter of the primary air duct choosing distance in front of the burner mouth. In a as Cooling air supply line connecting pipe is a choke installed. Concentric around the air cooling pipe a primary air guide tube is arranged so that a Primary air ring channel is formed. A secondary air housing is first a vane ring and then a diffuser downstream. The entire turbulence burner is by means of a connection flange on the front wall of the combustion chamber attached. According to the method according to the invention both the heating oil and the atomizing air reach over the oil nozzle stick to the nozzle head, whereby the the fuel added, for complete combustion insufficient primary air content - with or without coal dust loading - a flame core with reducing Atmosphere. Via the through the air cooling pipe and Oil ring stick formed narrow ring channel reaches the Cooling air in the form of creeping air to the nozzle head. The required amount of air is in the throttle in Connection tube fixed. In the turbulence generator the flow in the primary air ring duct - with or without dust - in a multitude of individual jets shared with turbulence bales, which during the mixing process with the introduced fuel cause a high degree of diffusion and thus a stable one even when coal dust is not very ignitable Ensure ignition.

Über das Sekundärluftgehäuse wird der Hauptanteil der Verbrennungsluft als Sekundärluft dem Leitschaufelkranz zugeführt und vor dem Eintritt in den Diffusor derartig verdrallt, daß sie die Flamme als rotierende Hohlwalze umhüllt und diese unter Aktivierung der oxidierenden Verbrennung in der Mischzone ebenfalls zur Rotation bringt. Die Zündung der Öl- oder Staubflamme erfolgt in bekannter Art gaselektrisch oder rein elektrisch.The main part of the combustion air is via the secondary air housing fed to the guide vane ring as secondary air and twisted in such a way before entering the diffuser, that it envelops the flame as a rotating hollow roller and this with activation of the oxidizing combustion in the mixing zone also brings to rotation. Ignition of the oil or Dust flame is gas-electric or pure in a known manner electric.

Mit dem erfindungsgemäßen Turbulenzbrenner und Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub und/oder Heizöl wird damit durch eine erzwungene, hochturbulente Strömung unterschiedlicher Intensität in der Zündungs- und Abbrandphase des Brennstoffes sowie durch Erzeugung eines phasenverschobenen Abbrandprofils eine stabile Zündung und Verbrennung auch bei Verwendung wenig zündfreudiger Brennstoffe in engen, stark gekühlten Brennräumen erreicht.With the turbulence burner and method according to the invention for the combustion of coal dust and / or heating oil thus through a forced, highly turbulent flow of different Intensity in the ignition and burn-up phase of the fuel as well as by generating a phase-shifted Burning profile a stable ignition and combustion even when using fuels that do not ignite easily achieved in narrow, strongly cooled combustion chambers.

In Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung soll die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dargestellt ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Turbulenzbrenner.In connection with the accompanying drawing, the invention is intended explained in more detail below using an exemplary embodiment will. A section through an inventive device is shown Turbulence burner.

Durch den zentral angeordneten Öldüsenstock 1 gelangen sowohl das Heizöl als auch die Zerstäuberluft zum Düsenkopf. Der Öldüsenstock und das denselben umgebende Luftkühlrohr 2 bilden zusammen einen schmalen Ringkanal, durch den über das Verbindungsrohr 7 die mittels der Drossel 8 fest eingestellte Kühlluft für den Düsenkopf zugeführt wird. Der Öldüsenstock und das mit ihm verbundene Luftkühlrohr sind durch den Rohrkrümmer 10 geführt und so positioniert, daß die Ölabspritzöffnung im Abstand von vorzugsweise ±40 mm zur Eintrittsebene des Diffusors 6 gelagert sind. Das Luftkühlrohr ist mittig im Turbulenzgenerator 9 gelagert und mit dem Rohrkrümmer, der vorzugsweise einen Krümmungswinkel von 60 bis 90° aufweist, starr verbunden. Der Abstand des im Primärluft-Ringkanal 11 stationär angeordneten Turbulenzgenerators zum Brennstoffaustrittsbereich beträgt vorzugsweise das 0,05 bis 3fache des Primärluftrohrdurchmessers. Über das konzentrisch um das Luftkühlrohr angeordnete Primärluftrohr 3 wird eine für die vollständige Verbrennung unzureichende Luftmenge von 20 bis 40% zur Ausbildung einer kompakten Verbrennungs- Kernzone mit reduzierender Atmosphäre gefördert, während der Hauptteil der Verbrennungsluft über das Sekundärluftgehäuse 4 und den Leitschaufelkranz 5, der eine starke Verdrallung der Luft bewirkt, dem Diffusor 6 zugeführt wird. Der Transport von Brennstaub erfolgt ebenfalls über den Primärluft-Ringkanal zum Brennermund. Im Turbulenzgenerator wird die Strömung in eine Vielzahl von Einzelstrahlen mit Turbulenzballen, die den Zündvorgang maßgeblich beschleunigen, aufgeteilt. Neben einem hochturbulenten und gerichtetem Strömungszustand wird gleichzeitig eine Austrittsgeschwindigkeit der Primärluft in den Brennermund in Abhängigkeit von der Brennstoffart von 4 bis 15 m/s erreicht. Das Verhältnis der Geschwindigkeitskomponenten axial/tangential beim Eintritt der verdrallten Sekundärluft in den Brennermund nach Durchströmen des Leitschaufelkranzes beträgt etwa 1:3 bis 1:4.Through the centrally arranged oil nozzle assembly 1 , both the heating oil and the atomizing air reach the nozzle head. The oil nozzle and the same surrounding air cooling tube 2 together form a narrow annular passage, the fixed set by the throttle 8, cooling air is supplied to the nozzle head by the via the connecting pipe. 7 The oil nozzle assembly and the air cooling pipe connected to it are guided through the pipe bend 10 and positioned so that the oil spray opening is mounted at a distance of preferably ± 40 mm from the inlet plane of the diffuser 6 . The air cooling tube is mounted in the center of the turbulence generator 9 and rigidly connected to the tube elbow, which preferably has an angle of curvature of 60 to 90 °. The distance of the turbulence generator, which is arranged in a stationary manner in the primary air ring duct 11 , from the fuel outlet area is preferably 0.05 to 3 times the primary air pipe diameter. Via the primary air pipe 3 , which is arranged concentrically around the air cooling pipe, an air quantity of 20 to 40% which is insufficient for complete combustion is conveyed to form a compact combustion core zone with a reducing atmosphere, while the majority of the combustion air is supplied via the secondary air housing 4 and the guide vane ring 5 , the one strong swirl of the air causes the diffuser 6 is supplied. Fuel dust is also transported to the burner mouth via the primary air ring channel. In the turbulence generator, the flow is divided into a large number of individual jets with turbulence balls that significantly accelerate the ignition process. In addition to a highly turbulent and directed flow state, an exit velocity of the primary air into the burner mouth depending on the type of fuel of 4 to 15 m / s is achieved at the same time. The ratio of the velocity components axially / tangentially when the twisted secondary air enters the burner mouth after flowing through the guide vane ring is approximately 1: 3 to 1: 4.

Aufgrund der optimalen Luft- und Brennstofführung und hochturbulenter und gerichteter Strömung wird eine umweltfreundliche stickoxidarme Verbrennung erreicht.Due to the optimal air and fuel flow and highly turbulent and directed flow becomes an environmentally friendly Low nitrogen oxide combustion reached.

List of the reference symbols used: 1 oil nozzle holder
2 air cooling pipe
3 primary air duct
4 secondary air housing
5 guide vane ring
6 diffuser
7 connecting pipe
8 throttle
9 turbulence generator
10 pipe elbows
11 Primary air ring duct
12 connecting flange
13 combustion chamber

Claims

1. Turbulence burner for the combustion of coal dust and / or heating oil, preferably in narrow, strongly cooled combustion chambers with a centrally arranged oil nozzle block and inlets for primary air which may be loaded with coal dust and swirled secondary air, characterized in that the centrally arranged oil nozzle block without an air cabinet ( 1 ) is narrow Ring channel for cooling air supply and an air cooling pipe ( 2 ) is surrounded, which is connected to a pipe bend ( 10 ) and is centrally located in a turbulence generator ( 9 ), which the entire primary air formed by the concentrically arranged primary air guide pipe ( 3 ) and the air cooling pipe ( 2 ) - Fills the ring channel ( 11 ) at a defined distance before the fuel escapes.

2. Turbulence burner according to claim 1, characterized in that the primary air via a 60th . . 90 ° elbow ( 10 ) is directly connected to the ignition guide tube for the primary air ( 3 ) of the burner.

3. Turbulence burner according to claim 1 and 2, characterized in that the oil nozzle stick through the pipe elbow ( 10 ) and is positioned so that the oil spray orifices are achieved at a distance of ± 40 mm to the diffuser inlet plane.

4. Turbulence burner according to claim 1 to 3, characterized in that the turbulence generator ( 9 ) consists of a plate with a plurality of openings of different shapes and dimensions, of which some can be provided in or opposite to the flow direction with short pipe sockets and the distance of the plate from the burner mouth is 0.05 to 3 times the diameter of the primary air duct ( 3 ).

5. A process for the combustion of coal dust and / or heating oil by means of a turbulence burner according to claim 1 to 4, characterized in that an insufficient amount of air for complete combustion of 20 to 40% to form a compact combustion core zone with reducing through the primary air guide tube ( 3 ) Atmosphere is promoted, while the further amount of combustion air is supplied as swirled secondary air and central cooling air.

6. The method according to claim 5, characterized in that the supplied primary air with or without fuel dust loading shortly before reaching the burner mouth by a turbulence generator in a highly turbulent and directional flow state is moved.

7. The method according to claim 5, 6 and 7, characterized in that the exit velocity of the primary air in the Brenner mouth depending on the fuel type 4 to Is 15 m / s.

8. The method according to claim 5 to 7, characterized in that the ratio of the speed components axial / tangential when the secondary air enters the burner mouth 1: 3 to 1: 4.