DK173204B1 - r i en ovn Fremgangsmaede og braender til at indfoere braende - Google Patents

Description

i i DK 173204 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til at indføre fast, flydende eller gasformigt brændsel i en brændezone på en ovn, så som en roterovn til fremstilling af cementklinker eller lignende, ved hvilken fremgangsmåde 5 brændsel fremføres gennem i det væsentlige koncentriske kanaler og primærluft fremføres gennem mindst to ligeledes koncentriske og radialt udenfor brændselskanalerne anbragte ringformede kanaler, hvor luften i den ene af disse luftkanaler udgøres af aksial luft, mens luften i den anden 10 luftkanal omfatter luft, der er bragt i rotation om brænderens centerakse, og hvor delene af primærluft kan reguleres uafhængigt. Opfindelsen angår endvidere en brænder til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelse.

15 Brændere til dette formål er velkendte. Oprindeligt bestod de blot af et enkelt rør, hvorigennem en blanding af pulveriseret kulmel og luft blev blæst ind i ovnens brændezone. Brænderne blev efterhånden forbedret, idet de blev udformet med ekstra kanaler for indføring af andre 20 flydende eller gasformige brændselstyper. På de fleste moderne brændere er der desuden en eller flere separate kanaler for indblæsning af luft, sådan at kun en mindre del af primærluften Indblæses sammen med det pulveriserede kul.

Ved at give en del af den Indblæste luft en roterende 25 bevægelse er det i højere grad blevet muligt at kontrollere flammeformen i ovnen.

Et eksempel på en brænder af ovennævnte art er beskrevet i EP 0 421 903 Bl. Denne kendte brænder omfatter en eller 30 flere kanaler for brændselsindføring, omgivet af to ringformede kanaler for indføring af primærluft. I den inderste af disse luftkanaler er der i den ringformede dyseåbning anbragt skrå skovle, som giver luften en roterende bevægelse. I den yderste kanal fremføres og 35 indblæses luften i overvejende aksial retning. For begge kanaler kan dysearealet reguleres ved at aksialforskyde 2 DK 173204 B1 r kanalerne i forhold til hinanden, ligesom delene af primærluft i de to kanaler kan reguleres uafhængigt. Med denne brænder er det derfor muligt at variere flammeformen, idet man kan ændre både primærluftmængde og -hastighed såvel 5 som mængden af primærluft, der bringes i rotation. Ulempen ved denne brænder er imidlertid, at primærluften indblæses gennem to separate ringdyser, hvilket medfører et relativt højt tryktab og en mindre effektiv opblanding af primærluften med brændslet i brændezonen.

i 10

Et andet eksempel på en brænder af ovennævnte art er beskrevet i EP 0 650 012 Al. Denne kendte brænder omfatter ligeledes en eller flere kanaler for brændselsindføring, j omgivet af en enkelt primærluftkanal, som munder ud i en 15 ringformet dyse. Umiddelbart før dysen ledes luften gennem et antal fleksible slanger, som ved hjælp af en mekanisme kan bøjes til siden og dermed sætte luften i rotation.

Luftens rotation og dermed flammeformen kan således varieres ved at ændre på slangernes bøjningsvinkel, samt ved at ændre 20 på primærluftmængden. Fordelen ved at tilføre al primærluft gennem kun en dyse er, at det giver mindre tryktab samt en mere effektiv opblanding af luft og brændsel og dermed en roligere flamme. Ulempen ved denne brænder er imidlertid, at systemet med de bøjelige slanger kræver en forholdsvis 25 kompliceret reguleringsmekanisme, der endvidere synes sårbar i det miljø, den skal fungere.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive såvel en fremgangsmåde som en brænder, hvormed en effektiv 30 opblanding af brændsel og luft sikres med mindst muligt tryktab, og hvormed flammeformen kan justeres, samtidig med at konstruktionen er så robust, at en rimelig levetid er sikret, under hensyntagen til de høje termiske og mekaniske belastninger som brænderen udsættes for i en roterovns 35 brændezone.

a a i 3 DK 173204 B1

Dette opnås med en fremgangsmåde af den i indledningen angivne art, og som er kendetegnet ved, at primærluftstrømmene ved forholdsvis lav hastighed sammenblandes i en samlekanal til en primærluftstrøm, som 5 efterfølgende accelereres op til en ønsket relativ høj udgangshastighed.

Formålet opnås endvidere ved en brænder, der omfatter i det væsentlige koncentriske kanaler for fremføring af brændsel 10 og mindst to ligeledes koncentriske og radialt udenfor brændselskanalerne anbragte ringformede kanaler for fremføring af primærluft, hvor luften i den ene af disse luftkanaler udgøres af aksial luft, mens luften i den anden luftkanal omfatter luft, der er bragt i rotation om 15 brænderens centerakse, og hvor delene af primærluft er uafhængigt regulerbare, og som er kendetegnet ved, at primærluftkanalerne munder ud i en fælles ringformet samlekanal for fremføring af den samlede primærluft til en Ϊ ringformet dyse, og at samlekanalens gennemstrømnings-areal 20 aftager jævnt i luftens aksiale bevægelsesretning.

Herved opnås en fremgangsmåde såvel som en brænder, hvormed en effektiv opblanding af brændsel og luft på en driftssikker måde kan sikres med mindst muligt tryktab, og hvormed 25 flammeformen kan tilpasses den optimalt ønskede. Dette skyldes, at primærluftens to delstrømme inden indblæsningen i ovnen sammenblandes ved forholdsvis lav hastighed i én luftstrøm, som efterfølgende ved forholdsvis høj hastighed indblæses via en dyse, at primærluftens rotationsgrad kan 30 varieres ved, at ændre mængdeforholdet mellem de to primærluftstrømme, og at alle nødvendige reguleringsorganer kan l anbringes let tilgængelige uden for ovnens brændezone. Selve de varmepåvirkede dele af brænderen kan derfor udføres enkelt og robust.

35 4 DK 173204 B1

Det foretrækkes, at samlekanalens gennemstrømningsareal fra det punkt, hvor primærluftstrømmene sammenblandes til den ringformede dyse, aftager med en faktor på mellem 5 og 12, således at den sammenblandede primærluftstrøm accele-reres 5 op med en tilsvarende faktor.

I en særlig foretrukken udførelsesform for brænderen ifølge opfindelsen, der er specielt egnet til anvendelse i en roterovn til cementfremstilling, foretrækkes det, at 10 primærluftkanalerne er udformet så primærluftstrømmenes strømningshastighed er på mellem 20 og 25 m/s, og at samlekanalen er udformet så den sammenblandede primærluftstrøm accelereres op til en strømningshastighed på mellem 160 og 200 m/s.

15

Samlekanalen kan være udformet på en hvilken som helst måde, der giver en acceleration, som nævnt ovenfor. Det foretrækkes dog, at den er udformet af to koncentriske ringelementer, hvoraf det yderste er udformet som en i 20 strømningsretningen konvergerende konus med en hældningsvinkel α på mellem 30 og 60° i forhold til brænderens centerakse, mens det inderste ringelement forløber i det væsentlige parallelt med brænderens centerakse. Andre udformninger af samlekanalen er dog 25 tænkelige. Således kan det inderste ringelement også være udformet som en i strømningsretningen konvergerende konus. I så fald skal det dog være udformet med en hældningsvinkel, der er væsentligt mindre end den for det yderste ringelement.

30

Luften i den anden luftkanal kan bringes i rotation om brænderens centerakse på forskellige måder, blandt andet ved hjælp af vinkeldrejede slanger, som nævnt tidligere. Det foretrækkes dog, at luften bringes i rotation ved hjælp af 35 et antal skråtstillede skovle, der er anbragt i den anden ’ luftkanal umiddelbart før kanalens udmunding.

i m 5 DK 173204 B1

Den ringformede dyse bør være udformet, så den giver mindst muligt tryktab. Endvidere kan den være udformet af to koncentriske ringelementer, hvoraf mindst den ene er udformet som en konus, således at dysearealet kan varieres 5 ved aksialforskydning af de to dyseringe i forhold til hinanden.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, der er skematisk og hvor 10

Fig. la viser et snit gennem den forreste del af en første udførelsesform for en brænder ifølge opfindelsen

Fig. Ib viser samme brænder set forfra 15

Fig. 2a, 2b, 2c og 2d viser forskellige alternative udførelser af en primærluftdyse med variabelt areal

Fig. 3a viser et snit gennem den forreste del af en anden 20 udførelsesform for brænderen ifølge opfindelsen, og

Fig. 3b viser den samme brænder set forfra.

I Fig. la og lb er vist en brænder, der er beregnet til 25 kombineret fyring med olie og kulstøv, og som omfatter et beskyttelsesrør 2, hvori en separat lanse 1 til fremføring og forstøvning af brændselsolie er anbrangt.

Koncentrisk rundt om beskyttelsesrøret 2 er anbragt to rør 3 30 og 4, der imellem sig danner en ringformet kanal 6 for fremføring og indblæsning af en blanding af kulstøv og luft.

For at holde oliebrænderen 1 afkølet og fri for støv kan der i mellemrummet mellem det indre rør 3 og beskyttelsesrøret 2 fremføres og indblæses en mindre del af den samlede 35 primærluftmængde. Foruden beskyttelsesrøret 2 vil der i det 6 DK 173204 B1 indre rør 3 kunne anbringes et eller flere rør for tilførsel af supplerende alternative brændsler.

Koncentrisk rundt om rørene 2, 3 og 4 er anbragt et 5 radialluftrør 5, som sammen med kulrøret 4 danner en ringformet kanal 8 for fremføring af en del af primærluften, benævnt radialluft. I mundingen af kanalen 8 er der anbragt et antal skråtstillede skovle 10, som giver radialluften en roterende bevægelse.

10

Koncentrisk rundt om røret 5 er anbragt et brænderrør 7, som j sammen med radialluftrøret 5 danner en ringformet kanal 9 for fremføring af den resterende del af primærluften, benævnt aksialluft. Da temperaturen i brændezonen kan blive 15 meget høj, er brænderrøret 7 udvendigt forsynet med en keramisk ildfast beklædning 11.

Ifølge opfindelsen munder primærluftkanalerne 8 og 9 ud i en fælles ringformet samlekanal 15. I den viste udførelsesform 20 er samlekanalen tilvejebragt mellem røret 4 og et konusformet ringelement 7a, der er forbundet med brænderrøret 7. I samlekanalen 15 samles primærluft-strømmene i en luftstrøm, som på grund af samlekanalens udformning accelereres op inden den indblæses i ovnens ! 25 brændezone gennem en ringformet dyseåbning 14.

Dyseåbningen 14 er tilvejebragt mellem en yderste dysering 12, som er fast forbundet til ringelementet 7a, og en Inderste dysering 13, som er fast forbundet til kulrøret 4.

30 Ved at udforme den ene eller begge dyseringe 12, 13 med en konisk overflade vil dysen 14's areal kunne varieres ved at aksialforskyde de to dyseringe i forhold til hinanden.

I fig. 3a og 3b er vist en brænder, der er tilvejebragt uden 35 kulrør 4. I dette tilfælde er den Inderste dysering 13 i I stedet fast forbundet med det indre rør 3.

a m 7 DK 173204 B1 *

Fig. 2a, 2b, 2c og 2d viser forskellige muligheder for udformning af dysen 14.

I Fig. 2a er den udvendige del 12 af dysen 14 udført som en 5 slank, konvergerende konus, hvorimod den indvendige del 13 er udført som en cylinder. Luftens strømningsretning bliver derved rettet lidt ind mod brænderens centerlinie.

Dysen 14 i Fig. 2b er udført med en glat, cirkulær åbning, 10 hvor den inderste dysering 13 er udført med en slank, divergerende konus, hvilket bevirker at luftens strømningsretning bliver rettet lidt væk fra brænderens centerlinie.

15 I Fig. 2c og 2d er vist eksempler på dyser 14, som er udformet, så strømningsretningen er er aksialt rettet.

Den i Fig. la og lb viste brænder virker på den måde, at brændselsolie tilføres og forstøves ved hjælp af 20 brænderlansen 1. For at holde brænderlansen ren og afkølet indblæses en mindre del af primærluften i mellemrummet mellem det indre rør 3 og beskyttelsesrøret 2. En blanding af kulstøv og bæreluft indblæses gennem den ringformede kanal 6. Primærluften tilføres og fordeles ved kendte 25 metoder, der ligger uden for denne opfindelse, til de to primærluftkanaler 8 og 9. Luften til de to kanaler 8 og 9 kan reguleres uafhængigt af hinanden. I samlekanalen 15 blandes de to primærluftstrømme i en luftstrøm. Den sammenblandede luftstrøms strømningskarakteristik er 30 resultatet af de to sammenblandede luftstrømmes karakteristikker, og den omfatter såvel akslale som radiale strømnlngskomposanter, hvis indbyrdes forhold kan reguleres ved regulering af de to primærluftstrømme, således at den optimale flamme opnås. Som nævnt tidligere, accelereres den 35 sammenblandede primærluf tstrøm i samlekanalen 15 op til en Λ 8 DK 173204 B1 f ønsket hastighed før den indblæses i ovnen gennem den ringformede dyse 14.

Kulstøv og baereluft skal indblæses i ovnen ved en hastighed, 5 som er høj nok til at kulpartiklerne holdes svævende, men som ikke er så høj, at rørene påføres et uacceptabelt højt slid. Normalt vil hastigheden ligge på mellem 25-40 m/s.

I tilfælde, hvor brænderen anvendes i en konventionel roter-10 ovn til fremstilling af eksempelvis cementklinker, vil mængden af primærluft, der indblæses gennem brænderen, typisk udgøre mellem 5 og 15% af den teoretisk nødvendige j forbrændingsluft. Den resterende forbrændingsluft, typisk benævnt som sekundærluft, indføres i ovnen udenom brænderen.

15 Som sekundærluft benyttes oftes opvarmet køleluft fra en efterfølgende materialekøler, hvilken køleluft typisk er opvarmet til omkring 1000°C. Primærluftens indblæsningshastighed bør ved en sådan anvendelse af brænderen være væsentligt højere end brændslets 20 indblæsningshastighed, og bør normalt ligge på mellem 160 og 200 m/s. Når primærluften forlader dysen 14 vil den rive den omgivende varme sekundærluft med, som herved blandes med brændslet. På grund af sekundærluftens høje temperatur på ca. 1000 °C, vil brændslet blive antændt.

25

Flammens form, som er meget vigtig for en stabil produktion af cementklinker, kan ændres ved at ændre på primærluftens mængde og indblæsningshastighed, samt ved at ændre på luftens rotation. Normalt vil der kun være behov for en 30 beskeden rotation af luften, og mængden af primærluft, der bringes i rotation ved at blive ført gennem kanalen 8 udgør derfor typisk mellem 0 og 35% af den samlede primærluftmængde.

f 35 i ia

Claims (11)

1. 9 DK 173204 B1
2. 1. Fremgangsmåde til at indføre fast, flydende eller gasformigt brændsel i en brændezone på en ovn, så som en 5 roterovn til fremstilling af cementklinker eller lignende, ved hvilken fremgangsmåde brændsel fremføres gennem i det væsentlige koncentriske kanaler (1, 6) og primærluft frem føres gennem mindst to ligeledes koncentriske og radialt udenfor brændselskanalerne anbragte ringformede kanaler (8, 10 9), hvor luften i den ene af disse luftkanaler (9) udgøres af aksial luft, mens luften i den anden luftkanal (8) omfatter luft, der er bragt i rotation om brænderens centerakse, og hvor delene af primærluft kan reguleres uafhængigt, kendetegnet ved, at primærluftstrømmene ved 15 forholdsvis lav hastighed sammenblandes i en samlekanal (15) til en primærluftstrøm, som efterfølgende accelereres op til en ønsket relativ høj udgangshastighed.
3. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den 20 sammenblandede primærluftstrøm accelereres op med en faktor på mellem 5 og 12.
4. 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 elle 2, kendetegnet ved, at primærluftstrømmenes strømningshastighed er på mellem 20 og 25 25 m/s, og at den sammenblandede primærluftstrøm accelereres op til en strømningshastighed på mellem 160 og 200 m/s.
5. 4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at luften i den anden luftkanal (8) bringes i rotation om brænderens 30 centerakse ved, at den umiddelbart før kanalens udmunding ledes gennem et antal skråtstillede skovle (10). 1 Brænder til at indføre fast, flydende eller gasformigt brændsel i en brændezone på en ovn, så som en roterovn til 35 fremstilling af cementklinker eller lignende, hvilken brænder omfatter i det væsentlige koncentriske kanaler (1, DK 173204 B1 10 6. for fremføring af brændsel og mindst to ligeledes koncentriske og radialt udenfor brændselskanalerne anbragte ringformede kanaler (8, 9) for fremføring af primærluft, hvor luften i den ene af disse luftkanaler (9) udgøres af 5 aksial luft, mens luften i den anden luftkanal (8) omfatter luft, der er bragt i rotation om brænderens centerakse, og hvor delene af primærluft er uafhængigt regulerbare, kendetegnet ved, at primærluftkanalerne (8, 9) munder ud i en fælles ringformet samlekanal (15) for fremføring af den 10 samlede primærluft til en ringformet dyse (14), og at samlekanalens (15) gennemstrømningsareal aftager jævnt i luftens aksiale bevægelsesretning.
6. 6. Brænder ifølge krav 5, kendetegnet ved, at samlekanalens 15 (15) gennemstrømningsareal aftager med en faktor på mellem 5 og 12.
7. 7. Brænder ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at primærluftkanalerne (8, 9) er udformet så primærluft- 20 strømmenes strømningshastighed er på mellem 20 og 25 m/s, og at samlekanalen (15) er udformet så den sammenblandede primærluftstrøm accelereres op til en strømningshastighed på mellem 160 og 200 m/s.
8. 8. Brænder ifølge krav 7, kendetegnet ved, at samlekanalen (15) er udformet af to koncentriske ringelementer (4, 7a; 3, 7a), hvoraf mindst det yderste (7a) er udformet som en i strømningsretningen konvergerende konus med en hældningsvinkel α på mellem 30 og 60° i forhold til 30 brænderens centerakse.
9. 9. Brænder ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den i den anden luftkanal (8) umiddelbart før kanalens udmunding omfatter et antal skråtstillede skovle (10), der er i stand 35 til at bringe luften i rotation om brænderens centerakse. m i DK 173204 B1 11
10. 10. Brænder ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den ringformede dyse (14) er udformet, så den giver mindst muligt tryktab. 5
11. 11. Brænder ifølge krav 9, kendetegnet ved, at dysen (14) er udformet af to koncentriske ringelementer (12, 13), hvoraf mindst den ene er udformet som en konus, således at dysearealet kan varieres ved aksialforskydning af de to 10 dyseringe i forhold til hinanden. 15 20 25 30 Γ 35