DE4013339A1 - Burner which operates with air or mixture of air and flue gases - has slider to adjust flow of air or flue gases - Google Patents

Burner which operates with air or mixture of air and flue gases - has slider to adjust flow of air or flue gases

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    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
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Abstract

A burner is designed to operate with gases of different oxygen contents and at the same time ensure that the combustion gases have a low nitrous oxide content. The burner consists of a drum (8) in which a core tube (1) is installed. The drum (8) is divided by transverse walls into three chambers (12,15) and (21) and a dead space (20). A cylindrical slider (22) connects one or more of the chambers (12, 15,21) to a supply of fresh air or to a mixture of air and flue gases to ensure that the volume of air or gas supplied is adjusted according to its oxygen content. USE - Minimising nitrous oxide content of the flue gases.

Description

Die Erfindung betrifft einen mit unterschiedlichen Sauerstoffträgergasen betreibbaren Brenner zur NO X -armen Verbrennung von Brennstoffen, mit einer Brennstoffzufuhreinrichtung einschließlich Kernrohr und mindestens einem sich parallel zum Kernrohr erstreckenden Brennstoffzufuhrelement, einem das Kernrohr umgebenden Mantelrohr und einem das Mantelrohr umgebenden Tragrohr, deren hintere Enden in einer mit einem Trommelschieber verschließbaren Trommel münden, die radial in mehrere Trommelteilkammern unterteilt ist.The invention relates to an operable with different oxygen carrier gas burner for NO x combustion of fuels, with a fuel supply device including core tube and at least one extending parallel to the core pipe fuel supply member, a surrounding the core tube casing and a surrounding the jacket tube supporting tube, whose rear ends in a open with a drum slide lockable drum, which is divided radially into several sub-chambers.

Aus der DE-Z. "Technische Mitteilungen" 69, Heft 3, März 1976, Bild 4, Seite 105 ist ein Brenner mit den vorgenannten Konstruktionsmerkmalen bekannt.From the DE-Z. "Technical Announcements" 69, Issue 3, March 1976, picture 4, page 105 is a burner with the known design features.

Solche vorzugsweise im kombinierten Gasturbinen- Dampfturbinen-Prozeß an Dampferzeugern einsetzbare Brenner werden zur Verbrennung von Erdgas und Öl eingesetzt und wahlweise mit Gasturbinenabgas oder Frischluft als Sauerstoffträgergase aus einer für mehrere Brenner gemeinsamen Gasvorlage betrieben.Such preferably in the combined gas turbine Steam turbine process burners that can be used on steam generators are used to burn natural gas and oil and optionally with gas turbine exhaust gas or fresh air as Oxygen carrier gases from one for several burners shared gas supply operated.

Beim Betreiben des Brenners mit Gasturbinenabgas strömt das Gasturbinenabgas durch die vom Trommelschieber ganz geöffnete, radial unterteilte Trommel durch das Kernrohr und die beiden parallel angrenzenden ringspaltförmigen Querschnitte durch den Brenner und zündet mit dem durch die Brennstofflanzen geführten Brennstoff vor der Brennermündung.Flows when operating the burner with gas turbine exhaust gas the gas turbine exhaust through the drum slide entirely  open, radially divided drum through the core tube and the two parallel annular gap-shaped Cross sections through the burner and ignite with the the fuel lances led before the fuel Burner mouth.

Bei ähnlichen Brennern werden die Brennstoffe Erdgas, und Kohle kombiniert oder separat verfeuert. Solche Brenner weisen ein der mittig angeordneten Brennstoffzufuhreinrichtung zugeordnetes Brennstoffzuführungselement in der Ausführungsform eines Staubrohres auf. Der Kohlenstaub wird in diesen Fällen durch das Staubrohr oder durch einen mit dem Staubrohr gebildeten ringspaltförmigen Querschnitt durch den Brenner zur Brennermündung gefördert.With similar burners, the fuels are natural gas, and coal combined or fired separately. Such Burners have one of the middle Associated fuel supply device Fuel supply element in the embodiment of a Dust pipe on. The coal dust in these cases through the dust tube or through one with the dust tube formed annular gap cross section through the burner promoted to the mouth of the burner.

Als Sauerstoffträgergas für die Verbrennung nimmt das Gasturbinenabgas aufgrund seines Zustandes (z. B. 500°C; 16% O2) einen großen Volumenstrom ein, der auf den gesamten für das Gasturbinenabgas verfügbaren Brenneraustrittsquerschnitt verteilt wird, wobei ein äußerer Teilstrom des Gasturbinenabgases weiter stromab vor der Brennermündung zur Reaktion gelangt. Eine so axial ausgedehnte Verbrennungszone und das hohe Rezirkulations-Äquivalent (niedriger O2-Gehalt des Gasturbinenabgases) bewirkt eine ausreichende NO X -Minderung beim Betrieb des Brenners mit Gasturbinenabgasen.Due to its state (e.g. 500 ° C; 16% O 2 ), the gas turbine exhaust gas takes up a large volume flow as the oxygen carrier gas for the combustion, which is distributed over the entire burner outlet cross section available for the gas turbine exhaust gas, with an outer partial flow of the gas turbine exhaust gas further downstream reaction before the burner mouth. Such axially extended combustion zone and the high recirculation equivalent (low O 2 content of the gas turbine exhaust gas) causes a sufficient NO x reduction during operation of the burner with gas turbine exhaust gases.

Beim Betreiben eines solchen Brenners mit Frischluft als Sauerstoffträgergas strömt ein aufgrund seines Zustandes (z. B. 30°C; 21% O2) vergleichsweise kleiner Volumenstrom durch die vom Trommelschieber teilweise geöffnete Trommel durch das Kernrohr und den inneren parallel angrenzenden ringspaltförmigen Querschnitt durch den Brenner und zündet vor der Brennermündung. Die Verbrennung verläuft in einem brennernahen Bereich bei einem überstöchiometrischen Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis. Eine derartige Verbrennung erzeugt Rauchgase mit einer beträchtlichen Konzentration von NO X .When such a burner is operated with fresh air as the oxygen carrier gas, a comparatively small volume flow flows through the drum, which is partially opened by the drum slide, through the core tube and the inner, parallel, annular cross-section through the barrel due to its condition (e.g. 30 ° C; 21% O 2 ) Burner and ignites in front of the burner mouth. The combustion takes place in an area close to the burner with an over-stoichiometric oxygen-fuel ratio. Such combustion produces flue gases with a considerable concentration of NO x .

Die Bildungsmechanismen, die die Bildung von Stickoxiden in technischen Feuerungen verursachen, sind weitgehend bekannt. Relevant sind die thermische NO X -Bildung, die auf der Oxidation von molekularem Sauerstoff beruht, und die Bildung von Brennstoff-NO X , die über Oxidation im Brennstoff gebundener Stickstoffverbindungen erfolgt.The formation mechanisms that cause the formation of nitrogen oxides in technical furnaces are largely known. Relevant are the thermal NO x formation, which is based on the oxidation of molecular oxygen, and the formation of fuel NO x , which takes place via oxidation of nitrogen compounds bound in the fuel.

In der DE 29 08 427 C2 ist ein Verfahren zur Verminderung der NO X -Emission bei der Verbrennung von Brennstoffen beschrieben. Die Verbrennung erfolgt hier im brennernahen Bereich in einer primären Verbrennungszone unter Zugabe eines Teilluftstromes bei unterstöchiometrischen Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis. In einer stromabgelegenen sekundären Verbrennungszone erfolgt dann die vollständige Verbrennung des Brennstoffes unter Zugabe des Restluftstromes bei überstöchiometrischem Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis.DE 29 08 427 C2 describes a method for reducing the NO x emission during the combustion of fuels. The combustion takes place in the area near the burner in a primary combustion zone with the addition of a partial air flow with a substoichiometric oxygen-fuel ratio. The complete combustion of the fuel then takes place in a downstream secondary combustion zone with the addition of the residual air stream at an over-stoichiometric oxygen-fuel ratio.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mit hinsichtlich Volumen und/oder Sauerstoffgehalt unterschiedlichen Sauerstoffträgergasen betreibbaren Brenner der genannten Art zu schaffen, bei dem bei der Verbrennung im Frischluftbetrieb die NO X -Emission vermindert wird.The invention is therefore based on the object to provide a different with regard to volume and / or oxygen content of oxidant gas operated burner of the stated type in which during combustion in the fresh air mode, the N O x emission is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trommel aus einer mit dem Kernrohr verbundenen ersten Trommelteilkammer, einer stirnseitig angrenzenden mit dem Mantelrohr verbundenen zweiten Trommelteilkammer, einem stirnseitig angrenzenden Totraum und einer letzten stirnseitig angrenzenden mit dem Tragrohr verbundenen dritten Trommelteilkammer besteht und die Breiten der ersten und dritten Trommelteilkammer und des Totraumes gleich sind und der eine Trommelschieberöffnung aufweisende Trommelschieber die Trommel in einer Stellung des Trommelschiebers verschließt, wobei die Trommelschieberöffnung mit dem Totraum fluchtet.This object is achieved in that the Drum from a first connected to the core tube Drum sub-chamber, one adjacent to the front Casing tube connected second drum sub-chamber, one dead space adjacent to the face and one last adjoining the support tube on the end face third drum sub-chamber and the widths of the first and third drum subchamber and the dead space  are the same and the one drum slide opening having drum slide the drum in one position closes the drum slide, the Drum slide opening aligned with the dead space.

Der Trommelschieber kann eine durchgehende umlaufende Trommelschieberöffnung als auch eine Vielzahl über den Umfang des Trommelschiebers verteilte Trommelöffnungen aufweisen.The drum pusher can be a continuous revolving Drum pusher opening as well as a variety over the Circumference of the drum slide distributed drum openings exhibit.

Des weiteren kann das Mantelrohr im Mündungsbereich des Brenners trichterförmig aufgeweitet sein.Furthermore, the casing tube in the mouth area of the Brenners be flared.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß beim Betreiben des Brenners mit Frischluft als Sauerstoffträgergas mit einer im Vergleich zum Gasturbinenabgas hohen Betriebsdichte auf einfache Art ein Teilstrom Frischluft durch das Kernrohr strömt und ein zweiter Teilstrom Frischluft durch den äußeren ringspaltförmigen Kanal strömt und weiter stromab vor der Brennermündung zur Reaktion gelangt und somit eine NO X -arme Verbrennung stattfindet.The advantages achieved by the invention are that when the burner is operated with fresh air as an oxygen carrier gas with a high operating density compared to the gas turbine exhaust gas, a partial flow of fresh air flows through the core tube in a simple manner and a second partial flow of fresh air flows through the outer annular channel and further downstream passes in front of the burner mouth to the reaction and thus takes place a low NOx combustion.

Weiterhin kann durch Gestaltung der Trommelschieberöffnung in Form und Größe Einfluß auf die durchströmende Frischluftmenge genommen werden.Furthermore, by designing the drum slide opening in shape and size influence on the flowing Fresh air volume can be taken.

Durch die trichterförmige Gestaltung der Mantelrohrmündung kann der durch den äußeren Ringspalt strömende Teilstrom Sauerstoffträgergas zwangsgeführt von der brennernahen Reaktionszone ferngehalten werden und so den Effekt der NO X -armen Verbrennung durch gestufte Zugabe des Sauerstoffträgergases verstärken.Due to the funnel-shaped design of the jacket tube mouth of the air flowing through the outer annular gap partial flow of oxygen carrier gas may forced out of the burner near the reaction zone kept and reinforce so the effect of NO x combustion by stepped addition of the oxygen carrier gas.

Anhand der Zeichnung wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.Based on the drawing, an embodiment of the Invention described.

Die Figur zeigt schematisch einen Brenner im Längsschnitt.The figure schematically shows a burner in longitudinal section.

Der Brenner besteht aus einer Brennstoffzufuhreinrichtung, die aus einem Kernrohr 1 mit in ihm angeordneten brennstofführenden Lanzen 2 als Brennstoffzufuhreinrichtung besteht.The burner consists of a fuel supply device which consists of a core tube 1 with fuel-guiding lances 2 arranged therein as a fuel supply device.

Bei einer anderen Ausführungsform kann anstatt der Lanzen 2 oder in Kombination mit ihnen ein in der Fig. mit unterbrochenen Linien dargestelltes Staubrohr 3 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, daß das Staubrohr 3 das Kernrohr 1 umgibt.In another embodiment, a dust tube 3 shown in broken lines in the figure can be provided instead of or in combination with the lances 2 . It is also possible for the dust tube 3 to surround the core tube 1 .

Das Kernrohr 1 ist unter Bildung eines inneren ringspaltförmigen Kanales 4 von einem Mantelrohr 5 umgeben. Ein abschließendes Tragrohr 6 umhüllt das Mantelrohr 5 unter Bildung eines äußeren ringspaltförmigen Kanales 7. Jeweils ein Rohrende dieser Rohre 1, 5, 6 kann trichterförmig aufgeweitet sein und mündet unterschiedlich lang in eine Trommel 8. An das trichterförmige Ende 9 des Kernrohres 1 ist radial eine kreisringförmige Trennwand 10 angebracht, dessen äußerer Durchmesser mit dem Durchmesser der Trommel 8 abschließt. Die Brennerwand 11 bildet den stirnseitigen Abschluß des vorderen Teiles der Trommel 8. Die Trennwand 10 und die Brennerwand 11 begrenzen eine erste Trommelteilkammer 12. Gleichermaßen ist an das trichterförmige Ende 13 des Mantelrohres 5 eine Trennwand 14 angebracht, die eine benachbarte zweite Trommelteilkammer 15 begrenzt. Die Trommelteilkammer 15 ist mit dem ringspaltförmigen inneren Kanal 4 verbunden. Eine, den hinteren Teil der Trommel 8 stirnseitig abschließende kreisförmige Wand 16 ist in gleicher Weise an ein trichterförmiges Ende 17 des Tragrohres 6 angebracht und begrenzt mit der Trennwand 14 eine Kammer 18. Eine Trennwand 19 teilt die Kammer 18 radial in einen brennerseitig nicht durchströmbaren Totraum 20 und in eine gleichbreite hintere dritte Trommelteilkammer 21, die mit dem äußeren ringspaltförmigen Kanal 7 verbunden ist. Die Breite a der sich im vorderen Teil der Trommel 8 befindenden Trommelteilkammer 12 ist gleich den Breiten c, d des sich im hinteren Teil der Trommel 8 befindenden Totraumes 20 und der Trommelteilkammer 21.The core tube 1 is surrounded by a jacket tube 5 to form an inner annular channel 4 . A final support tube 6 envelops the casing tube 5 to form an outer annular channel 7 . Each tube end of these tubes 1 , 5 , 6 can be widened in a funnel shape and opens into a drum 8 of different lengths. At the funnel-shaped end 9 of the core tube 1 , an annular partition 10 is radially attached, the outer diameter of which is flush with the diameter of the drum 8 . The burner wall 11 forms the end of the front part of the drum 8 . The partition wall 10 and the burner wall 11 delimit a first partial drum chamber 12 . Similarly, a partition 14 is attached to the funnel-shaped end 13 of the casing tube 5 , which delimits an adjacent second drum sub-chamber 15 . The drum sub-chamber 15 is connected to the inner channel 4 in the form of an annular gap. A circular wall 16 , which closes the rear part of the drum 8 at the end, is attached in the same way to a funnel-shaped end 17 of the support tube 6 and delimits a chamber 18 with the partition wall 14 . A partition 19 divides the chamber 18 radially into a dead space 20 which cannot be traversed by the burner and into a third drum sub-chamber 21 of the same width, which is connected to the outer annular channel 7 . The width a of the partial drum chamber 12 located in the front part of the drum 8 is equal to the widths c , d of the dead space 20 located in the rear part of the drum 8 and of the partial drum chamber 21 .

Ein in axialer Richtung verschiebbarer zylinderförmiger Trommelschieber 22 mit einer umlaufenden Trommelschieberöffnung A verschließt in einer Stellung G die beiden vorderen Trommelteilkammern 12 und 15 und die hintere Trommelteilkammer 21. Mehrere Bügel 23 verbinden die durch die umlaufende Trommelschieberöffnung A zweigeteilte Trommel 8.A cylindrical drum slide 22 which can be displaced in the axial direction and has a circumferential drum slide opening A closes the two front drum subchambers 12 and 15 and the rear drum subchamber 21 in a position G. A plurality of brackets 23 connect the drum 8 , which is divided into two by the circumferential drum slide opening A.

Die Breite e der Trommelschieberöffnung A ist gleich der Breite c des Totraumes 20, der in dieser Stellung G des Trommelschiebers 22 mit der Trommelschieberöffnung A fluchtet. Bei einer Stellung M des Trommelschiebers 22 wird der Brenner mit einem Sauerstoffträgergas hoher Betriebsdichte - wie Frischluft - betrieben, wobei der äußere ringspaltförmige Kanal 7 und das Kernrohr 1 durchströmt werden. Die vordere und hintere Trommelteilkammer 12, 21 der Trommel 8 sind dann brennerseitig durchströmbar geöffnet. Bei einer Stellung O wird der Brenner mit einem Sauerstoffträgergas im Vergleich zur Frischluft niedrigerer Betriebsdichte - wie Turbinenabgas - betrieben, wobei der äußere ringspaltförmige Kanal 7, der innere ringspaltförmige Kanal 4 und das Kernrohr durchströmt werden. Der Trommelschieber 22 gibt hierfür den gesamten Mantelbereich der Trommel 8 frei. Die beiden vorderen Trommelteilkammern 12, 15 und die hintere Trommelteilkammer 21 sind dann brennerseitig durchströmbar.The width e of the drum gate opening A c is equal to the width of the dead space 20 which aligns the barrel shifter 22 with the drum gate opening A in this position G. At a position M of the barrel shifter 22 is high, the burner with an oxygen carrier gas operating density - such as fresh air - operated, the outer annular gap-shaped channel 7 and the core tube are flowed through the first The front and rear drum subchambers 12 , 21 of the drum 8 are then open so that they can flow through on the burner side. At a position O , the burner is operated with an oxygen carrier gas in comparison to fresh air of lower operating density - such as turbine exhaust gas - with flow through the outer annular channel 7 , the inner annular channel 4 and the core tube. For this purpose, the drum slide 22 releases the entire jacket area of the drum 8 . The two front drum part chambers 12 , 15 and the rear drum part chamber 21 can then be flowed through on the burner side.

Das Tragrohr 6 mündet in Durchströmrichtung trichterförmig aufgeweitet im Feuerraum F. Ähnlich dieser kann bei einer anderen Ausführungsform auch die Mündungsgeometrie des Mantelrohres 5 ausgestaltet sein.The support tube 6 opens in the flow direction in a funnel shape in the combustion chamber F. Similarly, in another embodiment, the mouth geometry of the casing tube 5 can also be designed.

Die bei solchen Brennern üblichen Drallvorrichtungen 24, 25 sind innerhalb der trichterförmigen Rohrenden 13, 17 axial verschiebbar angeordnet, so daß die Gasströmung jeweils mehr oder weniger drallbeaufschlagt die ringspaltförmigen Kanäle 4, 7 durchströmt. Zur Drallbeaufschlagung der Kernströmung ist im hinteren Bereich des Brenners im Kernrohr 1 ein Drallkranz 26 angeordnet.The swirl devices 24 , 25 customary in such burners are arranged so as to be axially displaceable within the funnel-shaped tube ends 13 , 17 , so that the gas flow flows through the annular-gap-shaped channels 4 , 7 in a more or less swirled manner. A swirl ring 26 is arranged in the core tube 1 in the rear area of the burner in order to apply swirl to the core flow.

Claims (2)

1. Mit unterschiedlichen Sauerstoffträgergasen betreibbarer Brenner zur NO X -armen Verbrennung von Brennstoffen, mit einer mittig angeordneten Brennstoffzufuhreinrichtung einschließlich Kernrohr und mindestens einem sich parallel zum Kernrohr erstreckenden Brennstoffzufuhrelement, einem das Kernrohr umgebenden Mantelrohr und einem das Mantelrohr umgebenden Tragrohr, deren hintere Enden mit einer mit einem Trommelschieber verschließbaren Trommel verbunden sind, die radial in mehrere Trommelteilkammern unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (8) aus einer mit dem Kernrohr (1) verbundenen ersten Trommelteilkammer (12), einer stirnseitig angrenzenden mit dem Mantelrohr (5) verbundenen zweiten Trommelteilkammer (15), einem stirnseitig angrenzenden Totraum (20) und einer letzten stirnseitig angrenzenden mit dem Tragrohr (6) verbundenen dritten Trommelteilkammer (21) besteht und die Breiten (a, d, c) der ersten und dritten Trommelteilkammer (12, 21) und des Totraumes (20) gleich sind und der eine Trommelschieberöffnung (A) aufweisende Trommelschieber (22) die Trommel (8) in einer Stellung (G) des Trommelschiebers verschließt, wobei die Trommelschieberöffnung (A) mit dem Totraum (20) fluchtet. 1. With different oxygen carrier gases that can be operated burner for NO x combustion of fuels, with a centrally disposed fuel supply device including core tube and at least one extending parallel to the core pipe fuel supply member, a surrounding the core tube casing and a surrounding the jacket tube supporting tube, whose rear ends with a are connected to a drum slide lockable drum, which is divided radially into a plurality of drum part chambers, characterized in that the drum ( 8 ) consists of a first drum part chamber ( 12 ) connected to the core tube ( 1 ), an adjoining end face connected to the casing tube ( 5 ) second drum sub-chamber ( 15 ), a dead space ( 20 ) adjoining the end face and a last third drum sub-chamber ( 21 ) connected to the support tube ( 6 ) and the widths ( a , d , c ) of the first and third drum sub-chambers ( 12 , 21 ) and the dead space (20) are equal and a barrel shifter opening (A) having barrel shifter (22), the drum (8) closes the barrel shifter in a position (G), wherein the barrel shifter opening (A) to the back chamber (20) is aligned. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelschieber (22) eine durchgehende umlaufende Trommelschieberöffnung (A) als auch eine Vielzahl über den Umfang des Trommelschiebers (22) verteilte Trommelschieberöffnungen aufweist.2. Burner according to claim 1, characterized in that the drum slide ( 22 ) has a continuous circumferential drum slide opening ( A ) and a plurality of drum slide openings distributed over the circumference of the drum slide ( 22 ).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE346473C (en) *
DE2908427C2 (en) * 1979-03-05 1983-04-14 L. & C. Steinmüller GmbH, 5270 Gummersbach Method for reducing NO ↓ X ↓ emissions from the combustion of nitrogenous fuels

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Non-Patent Citations (1)

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DE-Z.: "Technische Mitteilungen" 69. Jahrg. H. 3, März 1976, S. 105, 106 *

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