DE4200575C2 - Axial cyclone combustion reactor and method for operating an axial cyclone combustion reactor - Google Patents
Axial cyclone combustion reactor and method for operating an axial cyclone combustion reactorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Axialzyklon-Verbrennungsreaktor zum Verbrennen von festen Brennstoffen in einem Drehströmungsfeld mit einem im wesentlichen konischen Unterteil und einem zylindrischen Oberteil, einer Ascheabzugsöffnung am unteren Ende des Unterteils und einer mittigen Abgasabzugsöffnung in der Decke des Oberteils, sowie mindestens einer Brennstoffzuführung und mindestens einer Luftzuführung.The invention relates to an axial cyclone combustion reactor for combustion of solid fuels in a three-phase field with an in essential conical lower part and a cylindrical upper part, one Ash extraction opening at the lower end of the lower part and a central one Exhaust vent in the top cover, as well as at least one Fuel supply and at least one air supply.
Aus der DD 2 57 280 A1 ist ein gattungsgemäßer Axialzyklon- Verbrennungsreaktor bekannt, bei dem zum Aufbau des Drehströmungsfeldes Verbrennungsluft über einen Drallerzeuger axial in das untere Ende des konischen Unterteiles eingeführt wird. Der Drallerzeuger stellt ein kompliziertes Bauelement dar. Eine Kühlung des konischen Unterteils ist nicht vorgesehen. Am unteren Ende erfolgt zusätzlich die Zufuhr von Fluidisierungsluft mittels eines kegelstumpfförmigen Düsenbodens und der Brennstoff wird dem zylindrischen Oberteil zugeführt.DD 2 57 280 A1 is a generic axial cyclone Combustion reactor known in the construction of the rotary flow field Combustion air axially into the lower end of the swirl generator conical lower part is introduced. The swirl generator presents a complicated one Component. Cooling of the conical lower part is not provided. At the lower end, fluidization air is additionally supplied by means of a frustoconical nozzle bottom and the fuel is the cylindrical top fed.
Aus der DD 2 34 585 A3 ist ein Axialzyklon-Verbrennungsreaktor bekannt, bei dem zusätzlich das Trägerluft-Brennstoff-Gemisch ebenfalls über einen Drallerzeuger dem unteren Ende des konischen Unterteils zugeführt wird.An axial cyclone combustion reactor is known from DD 2 34 585 A3, at which also the carrier air-fuel mixture also via a Swirl generator is fed to the lower end of the conical lower part.
Aus der DE 36 36 071 A1 ist eine Einrichtung zum Verbrennung von reaktionsträgem Kohlenstaub bekannt, bei dem Kohlenstaub in eine Muffel eingeführt wird, in die ebenfalls vorverdrallte Luft flächig eingeführt wird. Zur Verdrallung der vorgewärmten Verbrennungsluft ist eine gesonderte Drallvorrichtung vorgesehen. DE 36 36 071 A1 describes a device for the combustion of inert coal dust is known, in which coal dust in a muffle is introduced, into which pre-twisted air is also introduced. For Twisting of the preheated combustion air is a separate one Swirl device provided.
Aus Patents Abstracts of Japan, M-113, February 20,1982 Vol. 61No. 29 - Air Heating Furnace ist eine Anordnung zum Erwärmen von Luft bekannt, bei der zum Erwärmen von Luft über sich zum Inneren des Oberteils eines Axialzyklons hin öffnende außenliegende Brennern Brennstoff und Verbrennungsluft zugeführt werden. Durch die Zyklonanordnung soll die sich durch die Verbrennung bildende Asche infolge der Zyklonwirkung abgeführt werden und die vom Staub befreiten Rauchgase mit der zugeführten zu erwärmenden vermischt werden.From Patents Abstracts of Japan, M-113, February 20, 1982 Vol. 61No. 29 - Air Heating furnace is known an arrangement for heating air in which for heating air over itself to the inside of the top of a External burners opening fuel and axial cyclones Combustion air can be supplied. Due to the cyclone arrangement ash removed from the combustion as a result of the cyclone effect and the dust-free smoke gases with the supplied warming be mixed.
Aus der DE 38 39 381 A1 ist eine Anordnung mit einer vertikal rotierenden Wirbelschichtverbrennung bekannt, bei der in einem schwach konischen Unterteil eine Vielzahl von kreisförmig kaskadenartig angeordneten Primärluftdüsen vorgesehen sind, die radial auf einen mittigen Austragsschacht ausgerichtet sind. Über Düsen wird Primärluft in tangentialer Richtung zugegeben. Zum Austrag von Asche, die sich auf dem rostartigen Boden absetzen kann, sind Luftlanzen für das Aufbringen kurzer Luftstöße erforderlich.DE 38 39 381 A1 describes an arrangement with a vertically rotating one Fluidized bed combustion known in a weakly conical Lower part of a large number of circular cascades Primary air nozzles are provided, which extend radially onto a central discharge shaft are aligned. Primary air in the tangential direction is generated via nozzles admitted. For the discharge of ash that is on the rusty floor air lances for applying short bursts of air required.
Aus der DE 12 18 649 B ist eine Schmelzkammerfeuerung mit betriebsmäßig zugeordneten Brennern bekannt, die tangential auf einen um die Brennkammermittelachse gedachten Kreis ausgerichtet sind, so daß sich auf schraubengangförmigem Wege nach unten führende Flammen ausbilden. Eine Luftkühlung des konischen Unterteils ist nicht vorgesehen.From DE 12 18 649 B, a melting chamber furnace is operational associated burners known to be tangential to one around the Combustion chamber center line imaginary circle are aligned so that on Form flames leading downwards in a helical path. A Air cooling of the conical lower part is not provided.
Aus der DE 35 03 603 A1 ist eine Pyrolyse- bzw. Schwelanordnung bekannt, bei der im unteren konischen Teil des Reaktors eine Pyrolyse- und Schwelkammer vorgesehen ist. Der konische Teil des Reaktors ist durch gekühlte Wände begrenzt, die jedoch nicht durch die der Pyrolyse zugeführten Luft gekühlt werden.A pyrolysis or smoldering arrangement is known from DE 35 03 603 A1, where in the lower conical part of the reactor a pyrolysis and Smoldering chamber is provided. The conical part of the reactor is through cooled walls limited, but not by those supplied to the pyrolysis Air cooled.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Axial- Verbrennungsreaktor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem keine gesonderten Drallerzeuger für den Aufbau des Drehströmungsfeldes erforderlich ist und bei dem auf einfache Weise eine Kühlung des Unterteils des Verbrennungsreaktors erreicht wird. It is the object of the present invention to provide an axial To create a combustion reactor of the generic type, in which none separate swirl generator for the construction of the three-phase field is required and in which cooling of the lower part is simple of the combustion reactor is reached.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens eine tangentiale Luftzuführung am zylindrischen Oberteil und mindestens eine tangentiale Luftzuführung am unteren Ende des konischen Unterteils vorgesehen ist, daß das konische Unterteil von einem Luftkasten umgeben ist, aus dem Luft in das konische Unterteil eintritt, und daß im Luftkasten ein auf Abstand von der Außenfläche des konischen Unterteils angeordneter durchströmter Doppelmantel vorgesehen ist.This object is achieved in that at least one tangential Air supply on the cylindrical upper part and at least one tangential Air supply is provided at the lower end of the conical lower part that the conical lower part is surrounded by an air box from which air into the conical lower part occurs, and that in the air box at a distance from the Flow through the outer surface of the conical lower part Double jacket is provided.
Durch die tangentiale Luftzufuhr am zylindrischen Oberteil und am unteren Ende des konischen Unterteils wird ohne gesondere Drallvorrichtung das gewünschte Drehströmungsfeld aufgebaut. Die Zufuhr am unteren Ende des konischen Unterteils stellt sicher, daß sich eine rotierende Partikelwolke vorwiegend im konischen Bereich ausbildetet.Due to the tangential air supply to the cylindrical top and bottom The end of the conical lower part is without a special swirl device desired three-phase flow field established. The feed at the bottom of the Conical lower part ensures that there is a rotating particle cloud mainly trained in the conical area.
Da sich eine rotierende Partikelwolke höherer Dichte vorwiegend im konischen Bereich einstellt und dort eine höhere Wärmeerzeugung zu erwarten ist, wird durch den von der zugeführten Luft durchströmten Doppelmantel in besonders geschickter Weise eine gute Kühlung des konischen Unterteils erreicht. Durch die Kühlung wird die der Verbrennung zugeführte Luft gleichzeitig vorgewärmt.Because a rotating particle cloud of higher density is predominantly conical Area and there is expected to be a higher heat generation due to the double jacket through which the supplied air flows cleverly achieved good cooling of the conical lower part. By the cooling, the air supplied to the combustion is preheated at the same time.
Vorzugsweise erfolgt die Luftzufuhr am zylindrischen Oberteil mehrstufig über axial und/oder in Umfangsrichtung auf Abstand angeordnete Luftzuführungen. Es ist auch zweckmäßig, daß neben einer tangentialen Luftzuführung auch mindestens eine axiale Luftzuführung, vorzugsweise in Form eines Düsenbodens für die Zufuhr von Fluidisierungsluft, vorgesehen ist.The air supply to the cylindrical upper part is preferably carried out in several stages Air supplies arranged axially and / or circumferentially at a distance. It is also appropriate that in addition to a tangential air supply at least one axial air supply, preferably in the form of a Nozzle bottom for the supply of fluidizing air is provided.
Die Brennstoffzuführung erfolgt vorzugsweise ebenfalls tangential und kann in axialer und/oder Umfangsrichtung mehrstufig erfolgen.The fuel supply is preferably also tangential and can in axial and / or circumferential direction take place in several stages.
Es erscheint auch zweckmäßig, wenn zumindest das zylindrische Oberteil ausgemauert ist. Zusätzlich zur Ausmauerung kann eine außenliegende ein- oder mehrschichtige Isolierung vorgesehen sein. Die Isolierung kann durch ein Isoliermaterial und/oder durch einen zwangsdurchströmten Kühlmantel aufgebaut werden, wobei der Kühlmantel bezüglich des Isoliermaterials innenliegend oder außenliegend angeordnet sein kann. It also seems appropriate if at least the cylindrical top is bricked up. In addition to the brick lining, an external or multilayer insulation may be provided. The isolation can be done by a Insulating material and / or through a cooling jacket with positive flow be built up, the cooling jacket with respect to the insulating material can be arranged inside or outside.
Um die Verbrennung zu verbessern, kann es zweckmäßig sein, daß der Austrittsöffnung eine im Durchmesser gegenüber der Austrittsöffnung erweiterte Nachbrennkammer mit seitlichem Abgasaustritt nachgeschaltet ist.In order to improve the combustion, it may be appropriate that the Outlet opening one in diameter opposite the outlet opening extended afterburner with a side exhaust outlet.
Der Brennraum des Reaktors dient zum Abbrand des Grobkorns bis hin zu einem Grenzkorndurchmesser der Zyklonströmung. In der Nachbrennkammer erfolgt durch weitere Turbulenz ein weiterer Abbrand des Unterkorns und der aus dem Feuerraum austretenden CO-Strähnen.The combustion chamber of the reactor is used to burn the coarse grain up to a limit grain diameter of the cyclone flow. In the afterburner further turbulence causes the undersize and the strands of CO emerging from the combustion chamber.
Die Nachbrennkammer kann als gesonderte Baugruppe auf dem Reaktor angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, in den Reaktor eine Einziehung des Feuerraumquerschnitts vorzunehmen, so daß der Feuerraum selbst durch die Einziehung in eine Haupt- und in eine Nachbrennkammer unterteilt wird.The afterburner can be a separate assembly on the reactor be arranged. However, it is also possible to draw into the reactor of the combustion chamber cross section so that the combustion chamber itself through the feed is divided into a main and an afterburner.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines Axialzyklon-Verbrennungsreaktors zum Verbrennen von festen Brennstoffen in einem Drehströmungsfeld, insbesondere in einem vorstehend beschriebenen Axialzyklon-Verbrennungsreaktor.The invention is also directed to a method for operating a Axial cyclone combustion reactor for burning solid fuels in a three-phase flow field, in particular one described above Axial cyclone combustion reactor.
Zur Verbesserung des Ausbrandverhaltens ist erfindungsgemäß vorgesehen, neben dem Brennstoff in den Reaktor ein körniges Inertmaterial einzuführen.To improve the burnout behavior, the invention provides to introduce a granular inert material in addition to the fuel in the reactor.
Dieses kann getrennt oder zusammen mit dem Brennstoff erfolgen. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn das Inertmaterial im wesentlichen gleiche Eigenschaften wie der Brennstoff aufweist, insbesondere gleiches spezifisches Gewicht. Auch ist es zweckmäßig, wenn das Inertmaterial hinsichtlich seines Körnungsspektrums auf die Brennstoffkörnung abgestimmt ist. Die erscheint besonders wichtig, wenn in den Reaktor Fluidisierungsluft zum Aufbau einer Wirbelschicht eingeführt wird.This can be done separately or together with the fuel. Especially good results are obtained when the inert material is essentially has the same properties as the fuel, in particular the same specific weight. It is also useful if the inert material matched to the fuel grain with regard to its grain size range is. This appears particularly important when fluidizing air into the reactor is introduced to build up a fluidized bed.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Axialzyklon- Verbrennungsreaktors mit tangentialer Luftzuführung von Primärluft zum Konus, einem Kühlmantel für den Konus und einer mehrstufigen Zufuhr von Sekundärluft, sowie einer auf der Decke des Verbrennungsreaktor angeordneten Nachbrennkammer soll nun anhand der beigefügten Figur in einer Ausführungsform näher erläutert werden. An embodiment of the axial cyclone Combustion reactor with tangential air supply from primary air to Cone, a cooling jacket for the cone and a multi-stage supply of Secondary air, as well as one on the ceiling of the combustion reactor arranged afterburning chamber is now to be based on the attached figure in an embodiment are explained in more detail.
Der in der Figur gezeigte Reaktor 25 weist ein zylindrisches Oberteil 26 mit einer Ausmauerung 27 und ein konisches Unterteil 28 auf. Unter "Ausmauerung" wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen sowohl eine aus einzelnen Bausteinen aufgebaute Ausmauerung, eine gegossene Ausmauerung oder eine keramische Auskleidung des Reaktorinneren, z. B. in Form einer bestampften Membranwand, verstanden. Die Ausmauerung 27 kann mehrschichtig aufgebaut sein. Das konische Unterteil 28 ist in einem Luftkasten 29 angeordnet, dem über einen Anschlußstutzen 30 Primärluft zugeführt wird, die über eine Luftzuführung 31 in einen geradzylindrischen Abschnitt 28a des konischen Unterteils tangential eintreten kann. Der rein konisch ausgebildete Abschnitt 28b ist mit einem auf Abstand angeordneten Doppelmantel 28b′ versehen. In den Raum zwischen konischem Abschnitt 28b und Doppelmantel 28b′ tritt über einen den Luftkasten 29 durchsetzenden Anschluß 32 Kühlluft ein, die am unteren Ende des Doppelmantels durch einen Ringspalt 33 ebenfalls in den Luftkasten eintritt.The reactor 25 shown in the figure has a cylindrical upper part 26 with a lining 27 and a conical lower part 28 . Under "lining" is in the description and in the claims both a built of individual building blocks, a cast lining or a ceramic lining of the interior of the reactor, for. B. understood in the form of a powdered membrane wall. The lining 27 can be constructed in several layers. The conical lower part 28 is arranged in an air box 29 , which is supplied with primary air via a connecting piece 30 , which can enter tangentially via an air supply 31 into a straight cylindrical section 28 a of the conical lower part. The purely conical section 28 b is provided with a spaced double jacket 28 b '. In the space between the conical section 28 b and double jacket 28 b 'occurs through a through the air box 29 through connection 32 cooling air, which also enters the air box at the lower end of the double jacket through an annular gap 33 .
Die Beaufschlagung der Leitungen 30 und 32 erfolgt geregelt und getrennt, so daß die Temperatur der in den Konus 28 eingeführten Luft geregelt werden kann.The action of the lines 30 and 32 is regulated and separated, so that the temperature of the air introduced into the cone 28 can be regulated.
Dem unteren Ende des zyklindrischen Abschnittes 28a ist ein Düsenboden 34 zugeordnet, durch den axial Luft aus dem Luftkasten 29 als Fluidisierungsluft in das konische Unterteil 28 eintritt. Zum Abzug der Asche ist ein den Düsenboden durchsetzendes und sich zum zylindrischen Abschnitt 28b hin öffnendes Abzugsrohr 35 vorgesehen.A nozzle base 34 is assigned to the lower end of the cyclindrical section 28 a, through which air from the air box 29 axially enters the conical lower part 28 as fluidizing air. The withdrawal of ashes the nozzle floor by releasing and b to the cylindrical portion 28 opening toward the exhaust pipe 35 is provided.
Dem zylindrischen Abschnitt 26 wird über Sekundärluftzuführungen 36a und 36b Sekundärluft tangential zugeführt, während Brennstoff über die Leitung 37 zugeführt wird. In dem Oberteil des Reaktors ist ein verschließbarer Durchlaß 38 für einen in den Reaktorraum vorschiebbaren und aus diesem zurückziehbaren in der Figur nicht dargestellten Zündbrenner vorgesehen.The cylindrical section 26 is supplied tangentially via secondary air feeds 36 a and 36 b, while fuel is supplied via line 37 . In the upper part of the reactor, a closable passage 38 is provided for a pilot burner which can be pushed into and retractable from the reactor space and is not shown in the figure.
Der Auslaßöffnung 39 des oberen Teils 26 des Reaktors ist eine gegebenenfalls entsprechend der strichpunktierten Linie in der Figur isolierte Nachbrennkammer 40 größeren Durchmessers nachgeschaltet, aus der das Abgas durch eine seitliche Abgasleitung 41 abgezogen wird. Die Nachbrennkammer 40 verlängert die Aufenthaltszeit der Brennstoffkörner im System und nimmt außerdem zumindest teilweise den Drall aus der Strömung. Das Material für die Erstellung des Konus kann bei allen Ausführungsformen hochtemperaturfester Stahl sein.The outlet opening 39 of the upper part 26 of the reactor is followed by an afterburning chamber 40 of larger diameter, optionally isolated according to the dash-dotted line in the figure, from which the exhaust gas is drawn off through a side exhaust pipe 41 . The afterburning chamber 40 extends the residence time of the fuel grains in the system and also at least partially removes the swirl from the flow. The material for creating the cone can be high temperature resistant steel in all embodiments.
Dem zylindrischen Oberteil 26 kann ein außenliegender mit Kühlluft beaufschlagter Kühlmantel zugeordnet sein, dem über einen Stutzen Kühlluft zugeführt und aus dem über einen Stutzen Kühlluft abgezogen wird. Die zur Kühlung des zylindrischen Oberteils herangezogene Kühlluft kann unter Umständen auch als vorgewärmte Primär- und/oder Sekundärluft eingesetzt werden. Neben dem Brennstoff kann Inertmaterial zur Stabilisierung der Verbrennung und zur kontinuierlichen Abreinigung eingesetzt werden. Das Inertmaterial sollte im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie der Brennstoff aufweisen, z. B. spezifisches Gewicht, Schüttgewicht und/oder Körnung.An external cooling jacket to which cooling air is applied can be assigned to the cylindrical upper part 26 , to which cooling air is supplied via a connecting piece and from which cooling air is drawn off via a connecting piece. The cooling air used to cool the cylindrical upper part can, under certain circumstances, also be used as preheated primary and / or secondary air. In addition to the fuel, inert material can be used to stabilize the combustion and for continuous cleaning. The inert material should have essentially the same properties as the fuel, e.g. B. specific weight, bulk density and / or grain.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: ES ERFOLGT NEUDRUCK DER FEHLERHAFTEN OFFENLEGUNGSSCHRIFT |
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D2 | Grant after examination | ||
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