DK148928B

DK148928B - BURNER FOR BURNING NITROGEN CONTAINING FUELS

Info

Publication number: DK148928B
Application number: DK084180AA
Authority: DK
Inventors: Klaus Leikert; Gerhard Buettner; Sigfrid Michelfelder
Original assignee: Steinmueller Gmbh L & C
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1985-11-18
Also published as: DE2908448C2; FI65853B; SE439363B; FR2450999B1; FR2450999A1; FI800680A; DE2908448A1; NO149710C; NO149710B; GB2043871B; JPS6115962B2; AU536420B2; DK84180A; SE8001481L; JPS55121308A; GB2043871A; DK148928C; BE882038A; ZA801258B; IT8004811A0

Description

i 148928in 148928

Opfindelsen angår en brænder til forbrænding af nitrogenholdige brændstoffer bestående af et kefneluftrør med centrisk monteret olieforstøverlanse, et støvrør, der omgiver kerneluftrøret, et kappeluftrør, der omgiver 5 støvrøret, og som ved luftindføringen er forsynet med en aksialt forskydelig prelskovlekrans, samt en brænderpotte, der udvider sig konisk mod forbrændingskammeret.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to a burner for combustion of nitrogenous fuels consisting of a centrifugal centrifugal oil lubricator, a dust tube surrounding the core air tube, a jacket air tube surrounding the dust tube, and provided with an axially displaceable baffle tube at the air entry, extends tapered towards the combustion chamber.

En brænder med de ovennævnte konstruktionsmæssige træk,og som er kendt fra VGB-Kraftwerkstechnik 57, 10 hæfte 10, oktober 1977, billede 5, side 672, frembringer røggasser med en betydelig NOx~koncentration.A burner with the above-mentioned structural features, known from VGB-Kraftwerkstechnik 57, Booklet 10, October 1977, Fig. 5, page 672, produces flue gases of considerable NOx concentration.

Reaktionsmekanismerne, der forårsager dannelsen af nitrogenoxider ved tekniske forbrændinger er i vidt omfang kendte. Der skelnes i dag i det væsentlige 15 mellem to forskellige dannelsesreaktioner: “den termiske ΝΟχ-dannelse, der beror på oxidationen af molekylært nitrogen, der f.eks. forekommer rigeligt i forbrændingsluften. Eftersom oxidationen af molekylært nitrogen kræver atomart oxygen 20 eller agressive radikaler (f.eks. OH, Og, etc.), er den stærkt temperaturafhængig, derfor termisk N°x; “dannelsen af brændstof-NOx, der foregår ved oxidationen af bundne nitrogenforbindelser i brænd-' 25 stoffet. Under pyrolysen danner der sig af disse nitrogenforbindelser nitrogen-carbon og nitrogen-hydrogenradikaler (CH, HCN, CH etc.), der på grund af deres reaktionsdygtighed med molekylært oxygen hurtigt ved relativ lave temperaturer i 30 nærværelse af oxygen oxideres til Ν0χ.The reaction mechanisms that cause the formation of nitric oxides in technical combustion are widely known. Today, there are essentially 15 distinctions between two different formation reactions: “the thermal ΝΟχ formation, which is due to the oxidation of molecular nitrogen, e.g. occurs abundantly in the combustion air. Since the oxidation of molecular nitrogen requires atomic oxygen or aggressive radicals (e.g., OH, And, etc.), it is strongly temperature dependent, therefore thermal N ° x; “The formation of fuel NOx that occurs through the oxidation of bound nitrogen compounds in the fuel. During the pyrolysis, these nitrogen compounds form nitrogen-carbon and nitrogen-hydrogen radicals (CH, HCN, CH, etc.), which, due to their reactivity with molecular oxygen, rapidly oxidize to Ν0χ at relatively low temperatures in the presence of oxygen.

Derfor opnår man en nedsættelse af den termiske ΝΟχ-dannelse ved fremfor alt at sænke forbrændingstemperaturen og opholdstiden ved høje temperaturer. Eftersom der ved forbrænding af brændstoffer med bundet 35 nitrogen dog opstår en stor andel af den totale Ν0χ-dannelse ved brændstof-NOx-reaktionen, er de foran nævnte forholdsregler ved sådanne brændstoffer ikke tilstrækkelige til opnåelse af de i nogle lande gældende 148928 2 emissionsgrænser. Derfor er det nødvendigt allerede under pyrolysen i fravær af oxygen at reducere nitrogenforbindelserne til molekylært nitrogen (^) · Undersøgelser har vist, at disse reduktionsreaktioner til moleky-5 lært nitrogen f.eks. finder sted, når brændstofferne forbrændes under understøkiometriske betingelser, dvs. med mindre oxygen- eller lufttilsætning end nødvendigt til fuldstændig forbrænding.Therefore, a reduction of the thermal ΝΟχ formation is achieved by, above all, lowering the combustion temperature and residence time at high temperatures. However, since combustion of bound 35 nitrogen fuels results in a large proportion of the total Ν0χ formation in the fuel NOx reaction, the aforementioned precautions for such fuels are not sufficient to achieve the emission limits applicable in some countries. Therefore, during the pyrolysis in the absence of oxygen it is necessary to reduce the nitrogen compounds to molecular nitrogen (^). Studies have shown that these reduction reactions to molecular nitrogen e.g. takes place when the fuels are burned under sub-stoichiometric conditions, ie. with less oxygen or air addition than necessary for complete combustion.

Til opnåelse af optimale resultater kan et luft-10 forhold i den primære forbrændingszone alt afhængigt af randbetingelserne (f.eks. forbrændingskammerets vægtemperatur) vælges mellem 0,9 og 0,5. Ganske vist må de, i det understøkiometriske primærområde opståede reaktionsprodukter, efterforbrændes for at opnå en fuld-15 stændig forbrænding af carbonhydridforbindelserne i brændstoffet.For optimum results, an air-to-air ratio in the primary combustion zone can be selected between 0.9 and 0.5 depending on the boundary conditions (eg the combustion chamber wall temperature). Admittedly, the reaction products arising in the lower stoichiometric primary region must be post-combusted to obtain a complete combustion of the hydrocarbon compounds in the fuel.

Undersøgelser har vist, at med en sådan 2-trins-forbrænding kan såvel brændstof-NOx-dannelsen ved samtidig varmefratagelse fra det understøkiometriske om-20 råde og den termiske NO^-dannelse formindskes betydeligt. Ved forsøg blev der ved anvendelse af 2-trins-forbrændingen opnået en nedsættelse af NOx-emissions-værdierne i forhold til uopdelt forbrænding på indtil ca. 70%.Studies have shown that with such a 2-stage combustion, both fuel NOx formation through simultaneous heat release from the lower stoichiometric region and the thermal NO 2 formation can be significantly reduced. In experiments, using the 2-stage combustion, a reduction of NOx emission values compared to undivided combustion of up to approx. 70%.

25 En oliebrænder, i hvis flamme der dannes en understøkiometrisk forbrændingszone, og i strømretningen derfra en sekundær forbrændingszone, der kan tilføres en første koncentrisk omgivende restluftstrøm til fuldstændiggørelse af forbrændingen, fremgår af U.S.A.An oil burner in which a flame forms a lower stoichiometric combustion zone, and in the flow direction thereof, a secondary combustion zone which can be supplied with a first concentric ambient residual air stream to complete combustion is disclosed in U.S.A.

30 patent nr. 4.023 921. NO -formindskelsen skyldes ved30 patent No. 4,023,921. The NO reduction is due to

XX

denne brænder i væsentlig grad den yderligere indføring af kold røggas i den primære forbrændingszone.this substantially burns the further introduction of cold flue gas into the primary combustion zone.

I en kendt kulstøvsbrændér (DE-brugsmønster nr.In a known coal dust burner (DE usage pattern no.

18 68 003) tilføres den fra hovedluftkanalen afgrenede 35 kappeformige sekundærluftstrøm gennem to direkte om hinanden ringformigt anbragte rør, der kan reguleres enkeltvis,for f.eks, at lade den indre, og dermed den umiddelbart op til støvstrålen værende, sekundære luft- 3 14892$ strøm, udtræde med lavere, og den øvre sekundære luftstrøm med højere hastighed.18 68 003) the secondary jacket air branch 20 branched from the main air duct is supplied through two directly arranged annularly arranged tubes which can be individually regulated, for example to allow the interior, and thus the secondary air, which is immediately adjacent to the dust jet. $ current, exit at lower, and upper secondary air flow at higher speed.

En ulempe ved denne indretning er,at der optræder en forlængelse af flammen, som derved kræver 5 større forbrændingskamre, og at ved' en belastningsbetinget sænkning af sekundærluften sænkes sekundær-lufthastigheden til under støvlufthastigheden, hvorved flammens karakter og form ændres. Under visse omstændigheder kan tændingen herved påvirkes negativt.A disadvantage of this device is that there is an extension of the flame, which thus requires 5 larger combustion chambers, and that by a load-dependent lowering of the secondary air the secondary air velocity is lowered below the dust air velocity, thereby changing the nature and shape of the flame. Under certain circumstances, ignition can be adversely affected.

10 I en anden kendt kulstøvsbrænder (sweizisk patentskrift nr. 3 46 313) findes der på siderne af brændstofmundingsdelen ekstra lufttilføringselementer, der løber skråt ' fremad til brændstofstrålen. Ekstra luft tilføres over to udenom brænderen liggende spaltelignende kanaler.In another known coal dust burner (Swiss Patent Specification No. 3 46 313), there are additional air supply elements on the sides of the fuel orifice portion which run obliquely forward to the fuel jet. Extra air is supplied over two gap-like ducts located around the burner.

15 Ved denne brænder kræves der på grund af den dannede lange smalle flamme større forbrændingskamre. Flammens karakter og form kan let ændres og forstyrrer hurtigt driften. Der optræder endog lettere tændingsvanskelig-heder.15 This burner requires larger combustion chambers due to the long narrow flame formed. The nature and shape of the flame can be easily changed and quickly disrupt the operation. Even easier ignition difficulties occur.

20 Det er yderligere kendt at foretage en primær forbrænding under understøkiometriske forhold i et forkammer til forbrændingskammeretmed røggasrecirkulation og tilblande den luft, der kræves til den fuldstændige forbrænding, de røggasser der forlader for-25 kammeret (GB-patent nr. 1.530 831). Ulempen ved denne indretning består i faren for rørvægskorrosion af det understøkiometrisk drevne forkammer.It is further known to perform a primary combustion under sub-stoichiometric conditions in a combustion chamber pre-chamber with flue gas recirculation and admix the air required for complete combustion, the flue gases leaving the pre-chamber (GB Patent No. 1,530,831). The disadvantage of this device lies in the danger of pipe wall corrosion of the lower stoichiometric driven chamber.

Det har ved opfindelsen været tilstræbt at udvikle en brænder af den ovennævnte type, ved hvilken 30 der under dannelse af en understøkiometrisk primær forbrændingszone imiddelbart ved brænderudgangen,og en dertil knyttet efterforbrændingszone til restudbrænding under overstøkiometriske forhold,opnås en formindskelse af NO -dannelsen ved at påvirke til-35 sætningen af forbrændingsluft i efterforbrændingszonen.It has been an object of the invention to develop a burner of the aforementioned type in which, with the formation of a lower stoichiometric primary combustion zone immediately at the burner output, and an associated post-combustion zone for residual burnout under over-stoichiometric conditions, a reduction of NO formation is achieved by affect the addition of the combustion air in the post-combustion zone.

Dette opnås ifølge opfindelsen med en brænder af ovennænvte art, der er ejendommelig ved, at den koncentrisk omkring brænderpotten er forsynet med 4 148928 mindst to, maksimalt seks luftdyser, som ved kanaler er forbundet med hovedluftkanalen, hvis totale luftstrøm er regulerbar med et spjæld, og at luftdyserne er anbragt på en delkreds, hvis tvær-5 snit er mindst 1,5 gange og maksimalt 3 gange kappe-1uftrørets tværsnit.This is achieved according to the invention with a burner of the above-mentioned nature, characterized in that the concentric around the burner pot is provided with at least two, maximum six air nozzles connected at ducts to the main air duct, whose total air flow is adjustable with a damper. and that the air nozzles are arranged on a subcircuit whose cross-section is at least 1.5 times and a maximum of 3 times the cross-section of the casing-1 pipe.

Luftdyserne kan desuden i en yderligere udførelsesform for opfindelsen fremstilles som huldyser eller som spaltedyser, hvorved f.eks. de spalteagtige åbnin-10 ger fremstilles ved at fjerne bladene mellem rørene.Further, in a further embodiment of the invention, the air nozzles can be manufactured as hollow nozzles or as nozzles, whereby e.g. the slit-like openings are made by removing the blades between the tubes.

De fordele, der opnås ifølge opfindelsen, består i, at ved tilsætning af en del af sekundærluften gennem de uden for brænderens kappeluftrør værende luftdyser til efterbrændingszonen i forbrændingskammeret, foregår 15 forbrændingsforløbet af det til forbrændingen kommende nitrogenholdige brændstof således, at NO -værdierne formindskes til et minimum uden, at brænderens tænding over det totale belastningsområde bringes i fare, at der opstår slaggeaflejringer og korrosion på for-20 brændingskammerrørene, og at udbrændingen nedsættes.The advantages obtained by the invention consist in the fact that by adding a portion of the secondary air through the outside nozzles of the burner air pipes to the afterburning zone in the combustion chamber, the combustion process of the nitrogen-containing fuel entering the combustion takes place so that the NO values are reduced. a minimum without jeopardizing the burner's ignition over the total load range, causing slag deposits and corrosion on the combustion chamber tubes, and reducing burnout.

Som eksempel beskrives opfindelsen under henvisning til de i tegningen viste figurer, hvori fig. 1 viser en brænder ifølge opfindelsen i længdesnit, 25 fig. 2 viser brænderen set i pilretningen F.By way of example, the invention is described with reference to the figures shown in the drawing, in which 1 shows a burner according to the invention in longitudinal section, FIG. 2 shows the burner in the direction of arrow F.

Brænderen består af et centralt kerneluftrør 1, der er egnet til optagelse af en olieforstøverlanse til tændingsfyring eller vekselvis belastningsfyring med olie. Kerneluftrøret er gennem en kanal 2 over et 30 spjæld 3 forbundet med en hovedluftkanal 4. Koaksialt med kerneluftrøret er der anbragt et støvluftrør 6, der gennem et støvfordelerkammer 7 er sluttet til en støvledning 8. Denne forsynes fra et kulstøvrør med den til forbrænding fastsatte støvluftblanding. Omkring 35 støvluftrøret er et kappeluftrør 9 anbragt koaksialt, og som gennem et spjæld 13 er forbundet med hovedluft-kanalen 4. En af kappeluften aksialt gennemstrømmet 148928 5 prelskovlering 10 kan over flere spindler og et håndhjul 12 forskydes aksialt. Kappeluftkanalen er over en konisk åbnende brænderpotte 14 forbundet med for-brændingskammeret. Fra hovedluftkanalen 4 forsynes 5 luftdyser 16 med såkaldt trin-luft over flere kanaler 15, hvilke dyser er fordelt ligeligt over en tænkt delkreds af brænderrumfanget. Brænderpotten 14 er f.eks. fremstillet af keramisk masse. Den indbygges i en rørkurv 18, der dannes af rørene i forbrændings-10 kammerets rørbeklædning.The burner consists of a central core air tube 1 suitable for receiving an oil atomizer lance for ignition firing or alternately load firing with oil. The core air pipe is connected via a duct 2 over a damper 3 to a main air duct 4. Coaxially with the core air pipe is a dust air pipe 6 connected through a dust distribution chamber 7 to a dust pipe 8. This is supplied from a coal dust pipe with the combustible dust air mixture. . Around 35 the dust air pipe a casing air pipe 9 is arranged coaxially and which is connected via a damper 13 to the main air duct 4. One of the jacket air axially flowed through the baffle 10 can be displaced axially over several spindles and a hand wheel 12. The canopy air duct is connected to the combustion chamber over a conical opening burner pot 14. From the main air duct 4, 5 air nozzles 16 are provided with so-called step air over several ducts 15, which nozzles are distributed equally over an imagined sub-circuit of the burner volume. The burner pot 14 is e.g. made of ceramic mass. It is built into a pipe basket 18 formed by the pipes in the combustion-10 pipe lining.

Luftdyserne 16 kan fremstilles enten som huldyser eller som spaltedyser. Spaltedyserne fremkommer ved fjernelse af den af rør-stiver-rør fremstillede rørbelægning på forbrændingskammervæggen.The air nozzles 16 can be manufactured either as hollow nozzles or as slit nozzles. The gap nozzles are obtained by removing the pipe coating made of pipe-stiff-pipe on the combustion chamber wall.

15 Trinluftstrømmen, der over kanalen 15 med dysen 16 går over i forbrændingskammeret,reguleres med et spjæld 17.The step air flow passing over the duct 15 with the nozzle 16 into the combustion chamber is controlled by a damper 17.