EP0101462B1 - Burner for pulverulent, gaseous and/or liquid fuels - Google Patents

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EP0101462B1
EP0101462B1 EP83900631A EP83900631A EP0101462B1 EP 0101462 B1 EP0101462 B1 EP 0101462B1 EP 83900631 A EP83900631 A EP 83900631A EP 83900631 A EP83900631 A EP 83900631A EP 0101462 B1 EP0101462 B1 EP 0101462B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
fuel
combustion
burner according
chamber
Prior art date
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Expired
Application number
EP83900631A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0101462A1 (en
Inventor
Uwe Wiedmann
Adolf Hupe
Jürgen SCHMINCK
Ernst-Joachim Sievert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koerting Hannover GmbH
Original Assignee
Koerting Hannover GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Koerting Hannover GmbH filed Critical Koerting Hannover GmbH
Priority to AT83900631T priority Critical patent/ATE45026T1/en
Publication of EP0101462A1 publication Critical patent/EP0101462A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0101462B1 publication Critical patent/EP0101462B1/en
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D17/00Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
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    • F23D11/10Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00Fluegas recirculation
    • F23C2202/40Inducing local whirls around flame
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/01001Pulverised solid fuel burner with means for swirling the fuel-air mixture

Definitions

  • the combustion dust is fed to a dust burner in a mixture with a small amount of conveying air as a relatively compact jet.
  • This beam must first be made ignitable, i. H. it must be heated up and mixed with combustion air.
  • the volatile constituents contained in the fuel dust are first outgassed. As soon as a sufficiently high temperature is reached, these volatile constituents ignite and burn, and then the combustible solid constituents are burned out.
  • Such an ignition and burnout mechanism depends on the one hand on the particle size of the fuel dust (smaller particles are heated up more quickly) and on the other hand on the fuel dust material itself, because the contents of volatile components, water and ash have a wide range of different materials.
  • the fuel jet is introduced directly into the combustion chamber.
  • the preparation and ignition of the fuel jet takes place (either only under the thermal conditions in the combustion chamber or with the support of oil or gas as support fuel) by recirculating the hot gases present in the combustion chamber to the burner mouth and penetrating the fuel jet.
  • Additional measures can be provided that favor the penetration of the hot gases into the fuel jet and contribute to stabilizing the ignition process.
  • the fuel jet can be more or less fanned out into a cone shape by swirling or by blowing in air.
  • a corresponding effect is obtained if the combustion air is supplied around the burner mouth and is influenced by partial obstruction or conical widening of the air pipe mouth or by swirling in such a way that a vacuum region forms near the jet root.
  • the fuel jet is fanned out, the flame becomes shorter and bulbous, and more and more dust particles and ash particles are released from the context of the flame and carried radially outwards.
  • a swirl burner for oil and / or gas operation is known from AT-B-358 702, in which the entire combustion process takes place in a burner muffle.
  • a second air supply is provided, from which channels open in a ring shape into the conically widening part of the burner muffle.
  • individual swirl generators are arranged in the individual channels, each of which produces a swirl about its own axis and thus leads to a violent swirling of the fuel in the burner muffle.
  • there is no fuel jet in the burner muffle so that there is no long, slim flame shape with little discharge of particles to the outside and the burner is not suitable for the use of dusty fuels.
  • GB-A-340 858 shows a heavy oil burner in which in a deflector which surrounds the tube for the fuel supply and which widens conically outwards, ring-shaped openings are arranged through which an undisturbed portion of combustion air flows inwards to that of one Fuel injected into the combustion chamber and is swirled intensively with it.
  • GB-A-893 016 describes a device for mixing fuel and combustion air.
  • the fuel is injected centrally under pressure in such a way that an outwardly diverging main stream is formed, and in the other end of the chamber a compressed air stream is introduced in the opposite direction to the fuel stream and converges to the interior of the fuel stream , so that the two flows mix and a toroidal vortex is formed.
  • the ignition chamber has a conically widening wall that merges into an outlet pipe leading into the combustion chamber.
  • the mouth of a tube for supplying the fuel jet is arranged centrally in the chamber wall, and this mouth is surrounded by an air inlet (for example an annular gap) via which the combustion air is introduced in the form of a swirl flow into the ignition chamber in order to create a negative pressure area near the jet root produce.
  • the swirl flow flows along the chamber wall towards the end of the chamber, where it is divided into two flow parts.
  • the flow part near the wall reaches the combustion chamber via the outlet pipe, while the remaining part is led back to the jet root along the fuel jet in a recirculation flow, i.e. in the opposite flow direction, along the fuel jet.
  • a recirculation flow i.e. in the opposite flow direction, along the fuel jet.
  • This burner has been developed for smaller outputs (e.g. for central heating boilers) and has some major disadvantages that make it unsuitable for operation at medium outputs and especially in the area of industrial process heat. Since, for various reasons, the entire combustion air has to be introduced into the ignition chamber as a swirl flow, not only does ignition occur in the ignition chamber, but also extensive combustion of the fuel dust occurs, so that only a short flame of almost burnt-out fuel leaves the burner mouth. The fuel jet is almost completely dissolved in the ignition chamber, which means that ash particles are carried to a considerable extent to the chamber wall. If the burner output is not sufficiently small, the temperatures in the ignition chamber are so high that these ash particles become liquid or viscous and can lead to caking. In addition, part of the swirl flow always reaches the combustion chamber and causes a further radial discharge of ash and fuel dust particles.
  • a coal dust burner is known from EP-A-6974, in which an ignition chamber with a wall that widens rotationally symmetrically in diameter in the direction toward the downstream and also has a rotationally symmetrical outlet pipe connected upstream thereof is also connected upstream of a combustion chamber that serves for the main combustion.
  • a fuel feed opens into the center of the chamber, the mouth of which surrounds an air inlet for feeding a first stream of combustion air which runs coaxially to the fuel jet, the air inlet being provided with a swirl device which produces an internal recirculation flow in the ignition chamber through which the fuel contains hot combustion gases can be mixed and heated to ignition temperature.
  • a further air supply which opens directly into the combustion chamber and surrounds the outlet pipe, serves to supply the remaining combustion air. In this burner, operating difficulties such as extinguishing the flame or lowering the combustion temperature and resulting incomplete combustion are to be avoided by preheating the coal in a certain way.
  • a burner is to be created which has a stable ignition even with medium powers and variable requirements and which results in a long, slim flame shape with low radial discharge in the combustion chamber.
  • the invention achieves this goal by providing a second air inlet for a second portion of the combustion air in the transition region between the wall of the ignition chamber and its outlet pipe for a second air flow along the outer circumference of the wall of the ignition chamber that the axial length of the recirculation flow within the ignition chamber is limited by the second air flow, the fuel jet is swirled within the outlet pipe and the fuel jet leaves the outlet pipe with an essentially axial flow direction, and that the air inlets are designed such that the sum of the first and second air flow is not more than 50% of the total combustion air required for stoichiometric combustion.
  • the invention achieves this goal in that only a portion of the total required combustion air can be introduced into the ignition chamber via the swirl air inlet, that in Area between the chamber wall and the outlet pipe, a second air inlet is provided, via which a further portion of the combustion air that also mixes with the fuel jet can be introduced into the ignition chamber, and that the sum of the combustion air portions participating in the mixing with the fuel jet within the ignition chamber is set to no more than 50% of the total combustion air required.
  • the invention is based on the consequent exploitation of the knowledge that a burner equipped with an ignition chamber should, in principle, be able to be used for variable requirements even at medium outputs and in particular in the area of industrial process heat if the previous disadvantages of this type of burner can be overcome. Surprisingly, it was found that these disadvantages can actually be completely eliminated by a favorable interaction of several measures, namely - in short - that the ignition chamber is operated with substoichiometric combustion air and the introduction of the substoichiometric combustion air takes place in a certain way via two inlets.
  • the combustion air portion fed into the ignition chamber as swirl air forms a negative pressure area around the fuel jet, which leads to the fuel jet being fanned out somewhat and at the same time a hot recirculation flow flowing back to the jet root.
  • This formation of a negative pressure area is supported by the further combustion air component, which is fed in via the second inlet and surrounds the fuel jet in a ring, in such a way that a small amount of swirl air is sufficient for stable ignition of the fuel jet.
  • the additional combustion air supplied via the second inlet also has other functions. In this way, it also has the effect that the swirl flow merges better into the recirculation flow and flows less with its part near the wall through the outlet pipe.
  • the axial length of the recirculation area can be influenced as required. Furthermore, it completely or at least largely reduces the swirl flow of the swirl air as well as a swirl present in the fuel jet (which can be caused by a special swirl generator and / or by the action of the swirl air), so that the fuel dust particles at the burner mouth into a predominantly axial Bring flow direction. For this purpose, it may be appropriate in individual cases to provide the additional combustion air with a counter-swirl. In addition, the further combustion air cools the outlet pipe and prevents residues, in particular melted ash particles, from accumulating therein.
  • the fuel jet within the ignition chamber is only slightly dissolved, and the radial particle discharge inside the ignition chamber is correspondingly low. Furthermore, the fuel jet is only available with a sufficient amount of air for ignition and incipient combustion, but no longer for further combustion, which means that the fuel jet burns out mainly in the combustion chamber and the ignition chamber remains correspondingly cooler.
  • the interaction of the measures according to the invention thus results in a burner which is variable and flexible within very wide limits, which can be operated even at medium power levels free of annoying ash deposits and which emits an arbitrarily swirl-free and completely ignited fuel jet with a largely axial flow direction, which - depending on the used fuel and the required operating conditions - a tempera at the burner mouth has assumed about 700-1200 ° C. This ensures stable combustion of the fuel jet with a long, slim flame shape in every combustion chamber - whether hot or less hot. 5
  • the sub-stoichiometric proportion of the combustion air required in the ignition chamber also depends on the fuel used and the required operating conditions and results from the amount of combustion air introduced into the ignition chamber in total, which mixes with the fuel jet and thereby causes ignition and incipient combustion participates.
  • the combustion air introduced into the ignition chamber is composed of 15 from the conveying air for the combustion dust (with about 2-7% of the total air), the swirl air supplied via the first inlet (with about 2-15% of the total air) and the supplied through the second inlet 20 further combustion air drying. Of this, the conveying air takes part completely and the swirl air almost completely takes part in the mixing with the fuel jet, while the further combustion air can be handled differently.
  • An advantage of the invention is, moreover, that the burner pulverized fuels is not limited to use, but can be operated without additional 45 in the same manner with liquid or gaseous fuels.
  • fuel dust as the main fuel and gas or oil as the support fuel
  • the outset gas and / or oil in particular the poor 55 ignitable heavy oil can be provided as the main fuel.
  • FIGs. 1 and 2 illustrates the principle of the inventive burner- ⁇ en the example of pulverized fuel as principal fuel, in conjunction with gas as a support fuel.
  • three 45 concentric tubes 1, 2 and 3 are provided, which open together into an ignition chamber 20.
  • the central pipe 1 is used to supply the fuel jet, the central tube 2 for supplying the supporting gas and the 50-making equipped at its Kunststoff with a swirl generator 21 outer pipe 3 for supplying Dralluft into the chamber 20.
  • this swirl generator consists of a tube 3 final use, a space 55 Drallring- 4 is in the standing over tangential holes 5 to the interior of the tube 3 and via an inlet 50 to the chamber 20 in connection.
  • a constricting threshold 22 is expediently arranged at the inlet 50, which prevents 60 backflow from the chamber 20 into the swirl annulus 4.
  • the chamber 20 is delimited by a curved wall 8, which extends outward from the swirl air inlet 50, and an outlet pipe 17, which is arranged downstream 65 thereof, the cylinder can be formed drily, but can also expand or decrease in diameter.
  • Fig. 1 is shown in full that the outlet pipe 17 is reduced to the diameter of a cylindrical mouth part 11, and at the same time 17 'is indicated by a dashed cylindrical design of this outlet pipe.
  • the chamber 20 has a second annular inlet 60, which is formed in that the outlet pipe 17 has a somewhat larger diameter than the wall 8 at this point.
  • the opening cross section of this inlet is expediently adjustable.
  • the outlet pipe 17 can be arranged displaceably in the axial direction of the air pipe 16, or a throttle body which is displaceable in the axial direction of the air pipe 16 and is not shown in FIG. 1 can be provided on the outside of the chamber wall 8.
  • the supporting gas is first fed into the chamber 20 together with the swirl air and caused to burn.
  • the fuel dust jet consisting of a fuel dust / conveying air mixture is fed to the chamber 20.
  • a swirl generator 24 can also be arranged in the tube 1 in order to fan out the fuel jet in the chamber 20 in a conical manner, as indicated by the arrows A.
  • the swirl air emerging from the inlet 50 flows outward along the chamber wall 8 and then, as shown by the arrows B, transitions into an internal recirculation.
  • the hot gases which result from the combustion processes taking place in the chamber 20, are transported to the root of the fuel jet, so that there is stable ignition of the fuel jet and the jet at the burner mouth 49 is completely ignited.
  • the majority of the total required combustion air is supplied in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 via the air pipe 16 and partly flows past the chamber 20 directly into the combustion chamber, as illustrated by the arrows D, but also partly via the Inlet 60 into the chamber 20 and flows there according to the arrows C along the outlet pipe 17 to the burner orifice 49.
  • This partial air flow C which has entered the chamber 20 can make up about 5-45% of the total air and forms the further combustion air fraction which is inside the chamber 20 in addition to the swirl air and the conveying air is at least partially used for the ignition and incineration of the fuel dust.
  • the combustion air available in the combustion chamber for the complete burnout of the fuel jet thus results from the outer partial air flow D and, if appropriate, an unburned remainder of the partial air flow C.
  • the partial air flow C is to be provided with a counter-swirl to support its swirl-reducing effect
  • the simplest way of doing this is to arrange corresponding swirl generators in the area of the inlet 60, which are no longer shown in FIG. 1.
  • the swirl air it is expedient to supply the swirl air to the burner with an upstream pressure that is higher than that of the main air, so that sufficient swirl energy can be generated even with a small amount of air.
  • the typical range for the admission pressure of the combustion air in the main pipe 16 is about 0.01 to 0.06 bar overpressure, while the admission pressure of the swirl air in the pipe 2 can be about 0.08 to 0.4 bar overpressure.
  • FIG. 3 shows a burner in which the partial air flow C is introduced into the chamber 20 with a tube 10 which is arranged concentrically with the central tube 1 and is connected to the chamber 20 via a number of oblique bores 29.
  • the chamber wall 8 is flat and the outlet pipe 61 adjoining the bores 29 is cylindrical, but this does not change the basic mode of operation of the burner.
  • the swirl-reducing effect of the partial air flow C can also be supported by providing means for generating a counter-swirl in the tube 10 or by arranging the holes 29 obliquely in the tangential direction.
  • the supply of the partial air flow D into the combustion chamber can take place analogously to FIG. 1 via an air pipe 16, but is expediently effected via separate air inlets, which can each be preceded by air preheaters. Neither is shown any further.
  • the recirculation area of the swirl air it is possible to influence the length of the recirculation area of the swirl air during burner operation by appropriately adjusting the amount and, if necessary, the flow rate of the partial air flow C, so that the recirculation area either extends to the mouth 49 (arrows B ') or is pushed back to the holes 29 (arrows B).
  • This allows the swirl flow to be reduced only after it has fulfilled its function, which is e.g. is important when using fuel dust with changing properties.
  • the partial air flow C can also be set so that it makes up the total amount of combustion air required, that is to say no further combustion air needs to be introduced separately into the combustion chamber.
  • the embodiment according to FIG. 4 largely corresponds to the embodiment according to FIG. 3, but provides for the introduction of two swirl air flows into the chamber 20.
  • the wall of the chamber 20 is divided into an inner wall part 8 and an outer wall part 9.
  • the first swirl air flow is fed to the swirl annulus 4 analogously to FIG. 1 via a tube 27 and the bore 5, so that it enters the chamber 20 in a swirled manner from the inlet 50.
  • an additional annular inlet is provided between the wall parts 8 and 9, via an inlet concentrically surrounding the tube 27 28 and a second swirl annulus 7 connected to it by tangential bores 6 is fed.
  • the partial air flow C is in turn fed through the tube 10 and introduced via an annular inlet 60 into the chamber 20, the outlet tube 62 of which is slightly conically widened.
  • the swirl flow has a higher angular momentum due to the greater distance of the additional annular inlet 51 from the chamber axis.
  • the wall of the chamber 20 is divided into the inner wall part 8 and the outer wall part 9.
  • the entire swirl air is supplied through the pipe 3 and introduced via the bores 5 and 6 both into the inner swirl ring space 4 and into the outer swirl ring space 7.
  • the swirl air then flows out of the swirl ring spaces 4 and 7 via the inlets 50 and 51 onto the wall parts 8 and 9, which are conical in this case.
  • the outlet pipe 17 of the chamber is attached to the outer pipe 10, through which the partial air flow C on the outside of the wall part 8 is introduced into the chamber 20.
  • 5 also shows swirl-generating means 18 in the tube 10.
  • the swirl of the swirl air emerging from the inlets 50 and 51 is generated through bores 5 and 6 which are introduced tangentially into the swirl ring spaces 4 and 7.
  • guide vane grids can also be used for swirl generation.
  • the inlets 50 and 51 are each assigned their own pipes 14 and 15, in which guide vane grids 12 and 13 are arranged for swirl generation.
  • leading edges 23 are also provided in the mouth part 11 of the outlet pipe for swirl reduction.
  • desired turbulence can also be generated by a radial blocking surface 19 arranged on the outside of the mouth part 11 in the path of the combustion air conducted past the chamber 20 on the outside.
  • FIG. 9 shows a modification of the previously described embodiments of the burner according to the invention in that the support fuel is introduced into the chamber 20 through an inner pipe 25 arranged in the fuel pipe 26. The fuel is thus supplied via the annular space which is formed between the tubes 25 and 26.
  • FIG. 10 A modified embodiment of the inlet for the partial air flow C is shown in the embodiment according to FIG. 10.
  • the chamber wall 9 is connected in the area of its largest diameter to the outlet pipe 17, the inlet for the partial air flow C being formed by bores 29 or slots 58.
  • oil is used as the auxiliary fuel.
  • This support oil is supplied via a tube 30 which coaxially surrounds the central fuel tube 1 and which is closed at the end and connected to a further coaxial tube 33 via radial bores 31, into which atomizing air is introduced.
  • the support oil then emerges together with the atomizing air from the mouth 32 of a channel 54 into the chamber 20.
  • the bores 31 can optionally be arranged obliquely in order to impart a swirl to the support oil.
  • FIGS. 13-15 Embodiments suitable for this are shown in FIGS. 13-15. These embodiments have in common that only the fuel supply needs to be adapted to the oil use, while the formation of the ignition chamber and its operation with swirl air or the further combustion air (partial air flow C) remains unchanged.
  • a swirl atomization of the main oil with additional swirl oil is provided.
  • the main oil is introduced through a central tube 35 into the chamber 20 via a swirl device 40, an outlet nozzle 41 connecting to the tube 35.
  • Oil is also supplied through a tube 36 surrounding the central tube 35, which is introduced tangentially into a swirl chamber 38 via bores 37, from there it passes into a fuel nozzle 39 arranged in front of the outlet region of the outlet nozzle 41 and from there together with the main oil into the chamber 20 exit.
  • the outlet nozzle 41 is preferably axially displaceable with respect to the fuel nozzle 39.
  • the tube 36 for supplying the swirl oil is expediently surrounded by a tube 42, which forms an annular jacket closed on the end face, into which a heating medium for preheating the fuel can be introduced.
  • the main oil is swirled with swirl oil.
  • the main oil is introduced through a central tube 45, which is provided at the front end with an outlet nozzle 53, in front of the mouth 46 of which the fuel nozzle 39 is located. Together with the main oil emerging from the mouth 46, swirl oil gets into the fuel nozzle.
  • the swirl oil is fed through the pipe 36 as in FIG. 13, undergoes a swirl through the bores 37 and enters the nozzle 39 via the swirl chamber 38. In this embodiment, the position of the tube 45 with respect to the fuel nozzle 39 cannot be changed.
  • a central nozzle needle 55 is arranged axially displaceably in the tube 35, through whose conical tip 59 the amount of oil emerging can be adjusted. Otherwise, the main oil can also be introduced into the fuel nozzle 39 with a swirl by arranging a swirl device 48 in the space between the nozzle needle 55 and the tube 45.
  • the burner shown in FIG. 15 differs from the burner according to FIG. 14 only in that instead of the central nozzle needle 55 there is a central tube 43 which is axially displaceably mounted in the tube 45. That before the end 47 of this tube 43 is conical for adjusting the fuel supply through the nozzle 53 and also contains a passage 44 through which air can be blown into the fuel nozzle 39 to assist the atomization of the main oil by the swirl oil.
  • a heating jacket can be provided, which is not shown further.

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Description

Die in den letzten Jahren stark nach oben tendierende Preisentwicklung der flüssigen und gasförmigen Brennstoffe hat dazu angeregt, vermehrt feste Brennstoffe nutzbar zu machen, die häufig in ausreichendem Umfang preisgünstiger verfügbar sind. Die bei festen Brennstoffen übliche Rostfeuerung, die überwiegend bei der Dampf- und Warmwassererzeugung angewendet wird, ist jedoch in vielen Bereichen der industriellen Prozeßwärme nicht möglich, weil dort in der Regel spezifische Forderungen an den Ablauf und den Ort der Verbrennung gestellt werden. Für diese Bereiche können die festen Brennstoffe daher nur als «Staub» (d.h. in feinteiliger oder pulverisierter Form) eingesetzt werden, der sich mit entsprechenden Brennern in einer den Flammen von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen ähnlichen Flamme verbrennen läßt.The price trend for liquid and gaseous fuels, which has risen sharply in recent years, has prompted more solid fuels to be used, which are often sufficiently cheaply available. Grate firing, which is common for solid fuels and is mainly used for steam and hot water generation, is not possible in many areas of industrial process heat, because there are usually specific requirements for the process and location of the combustion. For these areas, the solid fuels can only be used as "dust" (i.e. in fine or powdered form), which can be burned with the appropriate burners in a flame similar to the flames of liquid and gaseous fuels.

Der Einsatz von Brennstauben, in erster Linie Steinkohlenstaub, beschränkte sich bislang im wesentlichen auf Großfeuerungen mit weitgehend stationären Feuerungsbedingungen, insbesondere für Kraftwerke und im Bereich der industriellen Prozeßwärme für die Drehöfen der Zementindustrie. Es besteht jedoch ein zunehmender Bedarf an Staubfeuerungen für Anwendungsbereiche mit mittlerer Feuerungsleistung, beispielsweise bei Glüh- und Schmelzöfen der Metallindustrie, Brennöfen für keramische Erzeugnisse, Schmelzöfen für Hohl- und Flachglas, Dampfkesseln mit Brennkammer oder Apparaten zur thermischen Behandlung (wie z. B. Trocknern mit vorgeschalteter Brennkammer). Diese neuen Anwendungsbereiche erfordern außerordentlich flexible Brenner, die auch unter stark variierenden Lastbedingungen eine Flamme mit definiertem Zünd-und Ausbrennverhalten (Flammenform) ergeben müssen. Außerdem müssen sie auch Brennstaube mit unterschiedlicher Zündfähigkeit und unterschiedlichem Heizwert verarbeiten können, denn aus Preisgründen kommen neben Steinkohlenstaub noch Braunkohlenstaub, Holzschleifstaub und Klärschlammstaub infrage sowie auch alle sonstigen Staube, sofern sie ausreichend brennbar sind. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit einer spezifischen Brennertechnik, auf welche die Konzeptionen und Erfahrungen aus Brennstaub-Großfeuerungen nur bedingt übertragbar sind. Andererseits haben Staubflammen einen anderen Zünd- und Ausbrennmechanismus als Flammen aus flüssigen und gasförmigen Brennstoffen, so daß auch nicht auf die ausgereifte Brennertechnik für flüssige und gasförmige Brennstoffe zurückgegriffen werden kann.The use of fuel dust, primarily hard coal dust, has so far been limited mainly to large combustion plants with largely stationary firing conditions, especially for power plants and in the area of industrial process heat for the rotary kilns of the cement industry. However, there is an increasing need for dust firing for applications with medium firing performance, for example in annealing and melting furnaces in the metal industry, furnaces for ceramic products, melting furnaces for hollow and flat glass, steam boilers with combustion chamber or apparatus for thermal treatment (such as dryers, for example) with upstream combustion chamber). These new areas of application require extremely flexible burners, which must produce a flame with a defined ignition and burnout behavior (flame shape) even under widely varying load conditions. In addition, they must also be able to process combustible dust with different ignitability and different calorific values, because for reasons of price, besides hard coal dust, lignite dust, wood dust and sewage sludge dust as well as all other dust, if they are sufficiently combustible. This results in the need for a specific burner technology, to which the concepts and experiences from large-scale combustion powders can only be transferred to a limited extent. On the other hand, dust flames have a different ignition and burnout mechanism than flames from liquid and gaseous fuels, so that the mature burner technology for liquid and gaseous fuels cannot be used either.

Normalerweise wird einem Staubbrenner der Brennstaub im Gemisch mit einer geringen Menge Förderluft als verhältnismäßig kompakter Strahl zugeführt. Dieser Strahl muß zunächst zündfähig aufbereitet werden, d. h. er muß aufgeheizt und mit Verbrennungsluft durchmischt werden. Bei der Aufbereitung erfolgt zuerst ein Ausgasen der im Brennstaubmaterial enthaltenen flüchtigen Bestandteile. Sobald eine ausreichend hohe Temperatur erreicht ist, zünden und verbrennen dann diese flüchtigen Bestandteile, und danach erfolgt der Ausbrand der brennbaren festen Bestandteile. Ein derartiger Zünd- und Ausbrennmechanismus hängt einerseits von der Teilchengröße des Brennstaubes ab (kleinere Teilchen werden schneller aufgeheizt) und andererseits von dem Brennstaubmaterial selbst, denn die Gehalte an flüchtigen Bestandteilen, Wasser und Asche weisen bei den verschiedenen Materialien eine erhebliche Bandbreite auf.Normally, the combustion dust is fed to a dust burner in a mixture with a small amount of conveying air as a relatively compact jet. This beam must first be made ignitable, i. H. it must be heated up and mixed with combustion air. During processing, the volatile constituents contained in the fuel dust are first outgassed. As soon as a sufficiently high temperature is reached, these volatile constituents ignite and burn, and then the combustible solid constituents are burned out. Such an ignition and burnout mechanism depends on the one hand on the particle size of the fuel dust (smaller particles are heated up more quickly) and on the other hand on the fuel dust material itself, because the contents of volatile components, water and ash have a wide range of different materials.

Großanlagen werden normalerweise mit weitgehend gleichbleibenden Brennstauben betrieben, sodaß größere Schwankungen in Art und Qualität des Brennstaubes nicht berücksichtigt zu werden brauchen. Im allgemeinen wird bei den für Großanlagen bestimmten Brennern der Brennstoffstrahl unmittelbar in den Verbrennungsraum eingeleitet. Die Aufbereitung und Zündung des Brennstoffstrahls erfolgt (entweder nur unter den thermischen Bedingungen im Verbrennungsraum oder mit Unterstützung durch Öl oder Gas als Stützbrennstoff) dadurch, daß die im Verbrennungsraum vorhandenen heißen Gase zur Brennermündung hin rezirkulieren und in den Brennstoffstrahl eindringen. Dabei können noch zusätzliche Maßnahmen vorgesehen sein, die das Eindringen der heißen Gase in den Brennstoffstrahl begünstigen und zur Stabilisierung des Zündvorganges beitragen. Beispielsweise kann der Brennstoffstrahl durch Verdrallung oder durch Einblasen von Luft mehr oder weniger stark zur Kegelform aufgefächert werden. Eine entsprechende Wirkung ergibt sich, wenn die Verbrennungsluft um die Brennermündung herum zugeführt und durch teilweise Versperrung oder konische Erweiterung der Luftrohrmündung oder durch Verdrallung so beeinflußt wird, daß sich nahe der Strahlwurzel ein Unterdruckgebiet ausbildet. Mit zunehmender Auffächerung des Brennstoffstrahis wird allerdings die Flamme kürzer und bauchiger, und außerdem werden vermehrt Staubteilchen und Ascheteilchen aus dem Zusammenhang der Flamme gelöst und radial nach au-βen getragen.Large plants are usually operated with largely constant fuel dust, so that larger fluctuations in the type and quality of the fuel dust need not be taken into account. In general, in the case of burners intended for large systems, the fuel jet is introduced directly into the combustion chamber. The preparation and ignition of the fuel jet takes place (either only under the thermal conditions in the combustion chamber or with the support of oil or gas as support fuel) by recirculating the hot gases present in the combustion chamber to the burner mouth and penetrating the fuel jet. Additional measures can be provided that favor the penetration of the hot gases into the fuel jet and contribute to stabilizing the ignition process. For example, the fuel jet can be more or less fanned out into a cone shape by swirling or by blowing in air. A corresponding effect is obtained if the combustion air is supplied around the burner mouth and is influenced by partial obstruction or conical widening of the air pipe mouth or by swirling in such a way that a vacuum region forms near the jet root. However, as the fuel jet is fanned out, the flame becomes shorter and bulbous, and more and more dust particles and ash particles are released from the context of the flame and carried radially outwards.

Diese mit Aufbereitung und Zündung des Brennstoffstrahls im Verbrennungsraum arbeitenden Brenner sind für variable Anforderungen nicht geeignet, weil sich dann der Zündvorgang nicht mehr stabil halten läßt. Außerdem verbietet sich in vielen Bereichen der industriellen Prozeßwärme auch eine mit stärkerer Auffächerung des Brennstoffstrahls einhergehende Zündstabilisierung, denn der radiale Teilchenaustrag kann Verschmutzungen des Produkts verursachen und Probleme im Verbrennungsraum ergeben. So werden in heißen Verbrennungsräumen mit Temperaturen oberhalb etwa 1100°C die ausgetragenen Ascheteilchen weich oder sogar flüssig und führen zu Anbackungen und Korrosionserscheinungen. In weniger heißen Verbrennungsräumen bleiben die ausgetragenen Ascheteilchen zwar noch ausreichend fest, aber die ausgetragenen Staubteilchen zünden nicht mehr bzw. erlöschen vor dem vollständigen Ausbrand, was in jedem Fall einen Brennstoffverlust bedeutet. Erwünscht sind somit lange schlanke Flammenformen mit möglichst geringem Austrag von Teilchen nach außen.These burners, which process and ignite the fuel jet in the combustion chamber, are not suitable for variable requirements because the ignition process can then no longer be kept stable. In addition, in many areas of industrial process heat, ignition stabilization, which is accompanied by a greater fanning out of the fuel jet, is also prohibited, since the radial particle discharge can cause contamination of the product and cause problems in the combustion chamber. In hot combustion chambers with temperatures above around 1100 ° C, the ash particles that are discharged become soft or even liquid and lead to caking and signs of corrosion. In less hot combustion chambers the discharged ash particles remain sufficiently solid, but the discharged dust particles no longer ignite or extinguish before they are completely burned out, something in everyone Case means a loss of fuel. Long, slim flame shapes with the least possible discharge of particles to the outside are desired.

Aus der AT-B-358 702 ist ein Wirbelbrenner für Öl- und/oder Gasbetrieb bekannt, bei dem der gesamte Verbrennungsvorgang in einer Brennermuffel abläuft. Außer einem zentralen, die Brennstoffzuführung umgebenden, mit Drallflächen versehenen Einlaß von Verbrennungsluft ist eine zweite Luftzuführung vorgesehen, von der Kanäle ringförmig in den sich konisch erweiternden Teil der Brennermuffel münden. Dabei sind in den einzelnen Kanälen jeweils individuelle Drallerzeuger angeordnet, die jeweils um ihre eigene Achse einen Drall erzeugen und damit zu einer heftigen Verwirbelung des in der Brennermuffel befindlichen Brennstoffs führen. Bei diesem Wirbelbrenner ist kein Brennstoffstrahl in der Brennermuffel vorhanden, so daß sich auch keine lange schlanke Flammenform mit geringem Austrag von Teilchen nach außen ausbildet und der Brenner für eine Verwendung von staubförmigen Brennstoffen nicht geeignet ist.A swirl burner for oil and / or gas operation is known from AT-B-358 702, in which the entire combustion process takes place in a burner muffle. In addition to a central inlet of combustion air, which surrounds the fuel supply and is provided with swirl surfaces, a second air supply is provided, from which channels open in a ring shape into the conically widening part of the burner muffle. In this case, individual swirl generators are arranged in the individual channels, each of which produces a swirl about its own axis and thus leads to a violent swirling of the fuel in the burner muffle. In this vortex burner, there is no fuel jet in the burner muffle, so that there is no long, slim flame shape with little discharge of particles to the outside and the burner is not suitable for the use of dusty fuels.

Die GB-A-340 858 zeigt einen Schwerölbrenner, bei dem in einem Deflektor, der das Rohr für die Brennstoffzufuhr umgibt, und der sich vom Zentrum konisch nach außen erweitert, ringförmig Öffnungen angeordnet sind, durch die ein unverdrallter Verbrennungsluftanteil einwärts auf den von einer Düse in den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoff gerichtet und mit diesem intensiv verwirbelt wird.GB-A-340 858 shows a heavy oil burner in which in a deflector which surrounds the tube for the fuel supply and which widens conically outwards, ring-shaped openings are arranged through which an undisturbed portion of combustion air flows inwards to that of one Fuel injected into the combustion chamber and is swirled intensively with it.

In der GB-A-893 016 ist eine Vorrichtung zur Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft beschrieben. In das eine Ende einer als Brennkammer einsetzbaren Mischkammer wird der Brennstoff zentral unter Druck so eingespritzt, daß ein nach außen divergierender Hauptstrom gebildet wird, und in das andere Ende der Kammer wird in Gegenrichtung zum Brennstoffstrom ringförmig ein Druckluftstrom eingeleitet, der zum Inneren des Brennstoffstromes konvergiert, so daß sich die beiden Ströme vermischen und ein toroidförmiger Wirbel gebildet wird.GB-A-893 016 describes a device for mixing fuel and combustion air. In one end of a mixing chamber which can be used as a combustion chamber, the fuel is injected centrally under pressure in such a way that an outwardly diverging main stream is formed, and in the other end of the chamber a compressed air stream is introduced in the opposite direction to the fuel stream and converges to the interior of the fuel stream , so that the two flows mix and a toroidal vortex is formed.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Brennstoffstrahl nicht erst im Verbrennungsraum, sondern bereits in einer besonderen, der Brennermündung vorgeschalteten Zündkammer zu zünden. Ein derartiger Brennertyp ist von F. Schoppe in der Broschüre «Berechnung von Brennern, Brennkammern und ähnlichen Strömungsapparaten», Verlag A. W. Gentner KG, Stuttgart (ohne Jahresangabe), Seiten 37ff. beschrieben worden. Die Zündkammer hat dabei eine sich konisch erweiternde Wandung, die in ein in den Verbrennungsraum führendes Austrittsrohr übergeht. Zentral in der Kammerwandung ist die Mündung eines Rohres zur Zufuhr des Brennstoffstrahles angeordnet, und diese Mündung ist von einem Lufteinlaß (z.B. einem Ringspalt) umgeben, über den die Verbrennungsluft in Form einer Drallströmung in die Zündkammer eingeleitet wird, um nahe der Strahlwurzel ein Unterdruckgebiet zu erzeugen.It has also already been proposed to ignite the fuel jet not only in the combustion chamber but rather in a special ignition chamber upstream of the burner mouth. Such a burner type is from F. Schoppe in the brochure "Calculation of burners, combustion chambers and similar flow devices", published by A. W. Gentner KG, Stuttgart (without year), pages 37ff. have been described. The ignition chamber has a conically widening wall that merges into an outlet pipe leading into the combustion chamber. The mouth of a tube for supplying the fuel jet is arranged centrally in the chamber wall, and this mouth is surrounded by an air inlet (for example an annular gap) via which the combustion air is introduced in the form of a swirl flow into the ignition chamber in order to create a negative pressure area near the jet root produce.

Im Betrieb strömt die Drallströmung entlang der Kammerwandung zum Kammerende hin, wo sie sich in zwei Strömungsteile aufteilt. Der wandnahe Strömungsteil gelangt über das Austrittsrohr in den Verbrennungsraum, während der restliche Teil infolge des Unterdruckgebiets in einer Rezirkulationsströmung, also in entgegengesetzter Strömungsrichtung, am Brennstoffstrahl entlang zur Strahlwurzel zurückgeführt wird. Dadurch werden die heißen Gase, die sich durch die in der Zündkammer ablaufenden Verbrennungsvorgänge ergeben, zur Strahlwurzel transportiert, so dass schon kurz hinter der Mündung des Brennstoffrohres eine Aufbereitung und Zündung der äußeren Randzone des Brennstoffstrahls beginnt, die sich dann - weil sich zwischen dem Brennstoffstrahl und der entgegengesetzt gerichteten Rezirkulationsströmung Wirbel bilden, verhältnismäßig rasch in das Innere des Brennstoffstrahls fortsetzt.In operation, the swirl flow flows along the chamber wall towards the end of the chamber, where it is divided into two flow parts. The flow part near the wall reaches the combustion chamber via the outlet pipe, while the remaining part is led back to the jet root along the fuel jet in a recirculation flow, i.e. in the opposite flow direction, along the fuel jet. As a result, the hot gases resulting from the combustion processes taking place in the ignition chamber are transported to the root of the jet, so that treatment and ignition of the outer edge zone of the fuel jet begin shortly behind the mouth of the fuel pipe, which then occurs - because there is between the fuel jet and form vortices in the oppositely directed recirculation flow, continues relatively quickly into the interior of the fuel jet.

Dieser Brenner ist für kleinere Leistungen (z. B. für Zentralheizungskessel) entwickelt und hat einige wesentliche Nachteile, die ihn zum Betrieb bei mittleren Leistungen und insbesondere im Bereich der industriellen Prozeßwärme ungeeignet machen. Da aus verschiedenen Gründen die gesamte Verbrennungsluft als Drallströmung in die Zündkammer eingeführt werden muß, tritt in der Zündkammer nicht nur eine Zündung, sondern auch bereits eine weitgehende Verbrennung des Brennstaubes ein, so dass nur noch eine kurze Flamme aus nahezu ausgebranntem Brennstoff die Brennermündung verläßt. Der Brennstoffstrahl wird dabei bereits in der Zündkammer fast vollständig aufgelöst, wodurch in erheblichem Umfang Ascheteilchen zur Kammerwand getragen werden. Wenn die Brennerleistung nicht ausreichend klein ist, ergeben sich in der Zündkammer so hohe Temperaturen, daß diese Ascheteilchen flüssig oder zähflüssig werden und zu Anbackungen führen können. Außerdem gelangt in jedem Fall ein Teil der Drallströmung in den Verbrennungsraum und verursacht dort einen radialen Austrag weiterer Asche- und Brennstaubteilchen.This burner has been developed for smaller outputs (e.g. for central heating boilers) and has some major disadvantages that make it unsuitable for operation at medium outputs and especially in the area of industrial process heat. Since, for various reasons, the entire combustion air has to be introduced into the ignition chamber as a swirl flow, not only does ignition occur in the ignition chamber, but also extensive combustion of the fuel dust occurs, so that only a short flame of almost burnt-out fuel leaves the burner mouth. The fuel jet is almost completely dissolved in the ignition chamber, which means that ash particles are carried to a considerable extent to the chamber wall. If the burner output is not sufficiently small, the temperatures in the ignition chamber are so high that these ash particles become liquid or viscous and can lead to caking. In addition, part of the swirl flow always reaches the combustion chamber and causes a further radial discharge of ash and fuel dust particles.

Aus der EP-A-6974 ist ein Kohlenstaubbrenner bekannt, bei dem ebenfalls einem der Hauptverbrennung dienenden Verbrennungsraum eine Zündkammer mit einer rotationssymmetrisch im Durchmesser in Richtung stromabwärts sich erweiternden Wandung und einem sich daran anschließenden rotationssymmetrischen Austrittsrohr vorgeschaltet ist. Dabei mündet zentral in die Kammer eine Brennstoffzuführung, deren Mündung ein Lufteinlaß zur Zuführung eines ersten, koaxial zum Brennstoffstrahl verlaufenden Verbrennungsluftstromes umgibt, wobei der Lufteinlaß mit einer Dralleinrichtung versehen ist, die in der Zündkammer eine innere Rezirkulationsströmung erzeugt, durch die der Brennstoff mit heißen Verbrennungsgasen durchmischbar und auf Zündtemperatur aufheizbar ist. Eine weitere, unmittelbar in den Verbrennungsraum einmündende, das Austrittsrohr umgebende Luftzufuhr dient dabei zur Zuführung der restlichen Verbrennungsluft. Bei diesem Brenner sollen Betriebsschwierigkeiten, wie ein Erlöschen der Flamme oder ein Absinken der Verbrennungstemperatur und eine dadurch bewirkte unvollständige Verbrennung dadurch vermieden werden, daß die Kohle auf bestimmte Weise vorgewärmt wird.A coal dust burner is known from EP-A-6974, in which an ignition chamber with a wall that widens rotationally symmetrically in diameter in the direction toward the downstream and also has a rotationally symmetrical outlet pipe connected upstream thereof is also connected upstream of a combustion chamber that serves for the main combustion. A fuel feed opens into the center of the chamber, the mouth of which surrounds an air inlet for feeding a first stream of combustion air which runs coaxially to the fuel jet, the air inlet being provided with a swirl device which produces an internal recirculation flow in the ignition chamber through which the fuel contains hot combustion gases can be mixed and heated to ignition temperature. A further air supply, which opens directly into the combustion chamber and surrounds the outlet pipe, serves to supply the remaining combustion air. In this burner, operating difficulties such as extinguishing the flame or lowering the combustion temperature and resulting incomplete combustion are to be avoided by preheating the coal in a certain way.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Brenner geschaffen werden, der auch bei mittleren Leistungen und variablen Anforderungen eine stabile Zündung aufweist und im Verbrennungsraum eine lange schlanke Flammenform mit geringem radialen Austrag ergibt.With the present invention, a burner is to be created which has a stable ignition even with medium powers and variable requirements and which results in a long, slim flame shape with low radial discharge in the combustion chamber.

Ausgehend von einem Brenner der zuletzt genannten Art erreicht die Erfindung dieses Ziel dadurch, daß im Übergangsbereich zwischen der Wandung der Zündkammer und ihrem Austrittsrohr ein zweiter Lufteinlaß für einen zweiten Anteil der Verbrennungsluft derart für einen zweiten Luftstrom entlang des äußeren Umfangs der Wandung der Zündkammer vorgesehen ist, daß durch den zweiten Luftstrom die axiale Länge der Rezirkulationsströmung innerhalb der Zündkammer begrenzt wird, der Brennstoffstrahl innerhalb des Austrittsrohres entdrallt wird und der Brennstoffstrahl das Austrittsrohr mit im wesentlichen axialer Strömungsrichtung verläßt, und daß die Lufteinlässe so ausgelegt sind, daß die Summe des ersten und zweiten Luftstromes nicht mehr als 50% der insgesamt zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Verbrennungsluft beträgt.Starting from a burner of the latter type, the invention achieves this goal by providing a second air inlet for a second portion of the combustion air in the transition region between the wall of the ignition chamber and its outlet pipe for a second air flow along the outer circumference of the wall of the ignition chamber that the axial length of the recirculation flow within the ignition chamber is limited by the second air flow, the fuel jet is swirled within the outlet pipe and the fuel jet leaves the outlet pipe with an essentially axial flow direction, and that the air inlets are designed such that the sum of the first and second air flow is not more than 50% of the total combustion air required for stoichiometric combustion.

Ausgehend von dem bekannten Brenner mit zentraler Einspeisung des Brennstoffstrahls und verdrallter, sich mit dem Brennstoffstrahl durchmischender Verbrennungsluft in eine Zündkammer erreicht die Erfindung dieses Ziel dadurch, daß über den Dralluft-Einlaß nur ein Anteil der insgesamt erforderlichen Verbrennungsluft in die Zündkammer einleitbar ist, daß im Bereich zwischen der Kammerwandung und dem Austrittsrohr ein zweiter Lufteinlaß vorgesehen ist, über den ein weiterer, sich ganz oder teilweise ebenfalls mit dem Brennstoffstrahl durchmischender Verbrennungsluftanteil in die Zündkammer einleitbar ist, und daß die Summe der innerhalb der Zündkammer an der Durchmischung mit dem Brennstoffstrahl teilnehmenden Verbrennungsluftanteile auf nicht mehr als 50% der insgesamt erforderlichen Verbrennungsluft eingestellt ist.Starting from the known burner with a central feed of the fuel jet and swirled combustion air that mixes with the fuel jet into an ignition chamber, the invention achieves this goal in that only a portion of the total required combustion air can be introduced into the ignition chamber via the swirl air inlet, that in Area between the chamber wall and the outlet pipe, a second air inlet is provided, via which a further portion of the combustion air that also mixes with the fuel jet can be introduced into the ignition chamber, and that the sum of the combustion air portions participating in the mixing with the fuel jet within the ignition chamber is set to no more than 50% of the total combustion air required.

Die Erfindung beruht auf der konsequenten Ausnutzung der Erkenntnis, daß ein mit einer Zündkammer ausgerüsteter Brenner vom Prinzip her für variable Anforderungen auch bei mittleren Leistungen und insbesondere im Bereich der industriellen Prozeßwärme einsetzbar sein müßte, wenn es gelingt, die bisherigen Nachteile dieses Brennertyps zu überwinden. Überraschend wurde gefunden, daß diese Nachteile tatsächlich durch ein günstiges Zusammenwirken mehrerer Maßnahmen vollständig beseitigt werden können, nämlich - kurz gesagt - dadurch, daß die Zündkammer mit unterstöchiometrischer Verbrennungsluft betrieben wird und die Einleitung der unterstöchiometrischen Verbrennungsluft in bestimmter Weise über zwei Einlässe erfolgt.The invention is based on the consequent exploitation of the knowledge that a burner equipped with an ignition chamber should, in principle, be able to be used for variable requirements even at medium outputs and in particular in the area of industrial process heat if the previous disadvantages of this type of burner can be overcome. Surprisingly, it was found that these disadvantages can actually be completely eliminated by a favorable interaction of several measures, namely - in short - that the ignition chamber is operated with substoichiometric combustion air and the introduction of the substoichiometric combustion air takes place in a certain way via two inlets.

Im Betrieb des Brenners bildet der als Dralluft über den ersten Einlaß in die Zündkammer eingespeiste Verbrennungsluftanteil um den Brennstoffstrahl herum ein Unterdruckgebiet aus, welches dazu führt, daß der Brennstoffstrahl etwas aufgefächert wird und daß zugleich eine heiße Rezirkulationsströmung zur Strahlwurzel zurückströmt. Diese Ausbildung eines Unterdruckgebietes wird dabei von dem weiteren Verbrennungsluftanteil, der über den zweiten Einlaß zugeführt wird und den Brennstoffstrahl ringförmig umgibt, so unterstützt, daß bereits eine geringe Menge an Dralluft zur stabilen Zündung des Brennstoffstrahls ausreicht. Die über den zweiten Einlaß zugeführte weitere Verbrennungsluft hat aber auch noch andere Funktionen. So bewirkt sie weiterhin, daß die Drallströmung besser in die Rezirkulationsströmung übergeht und weniger stark mit ihrem wandnahen Teil durch das Austrittsrohr hindurch abströmt. Außerdem sorgt sie dafür, daß dieser Übergang innerhalb einer definierten und vorbestimmbaren Querschnittszone der Zündkammer erfolgt, also die axiale Länge des Rezirkulationsbereiches je nach Bedarf beeinflußt werden kann. Weiterhin baut sie im Austrittsrohr die Drallströmung der Dralluft sowie einen im Brennstoffstrahl vorhandenen Drall (der durch einen besonderen Drallerzeuger und/oder durch Einwirkung der Dralluft entstanden sein kann) ganz oder zumindest weitgehend ab, so daß die Brennstaubteilchen spätestens an der Brennermündung in eine überwiegend axiale Strömungsrichtung gebracht werden. Dazu kann es in einzelnen Fällen zweckmäßig sein, die weitere Verbrennungsluft mit einem Gegendrall zu versehen. Im übrigen kühlt die weitere Verbrennungsluft das Austrittsrohr und verhindert daß sich darin Rückstände, insbesondere geschmolzene Ascheteilchen ansetzen können.During operation of the burner, the combustion air portion fed into the ignition chamber as swirl air forms a negative pressure area around the fuel jet, which leads to the fuel jet being fanned out somewhat and at the same time a hot recirculation flow flowing back to the jet root. This formation of a negative pressure area is supported by the further combustion air component, which is fed in via the second inlet and surrounds the fuel jet in a ring, in such a way that a small amount of swirl air is sufficient for stable ignition of the fuel jet. The additional combustion air supplied via the second inlet also has other functions. In this way, it also has the effect that the swirl flow merges better into the recirculation flow and flows less with its part near the wall through the outlet pipe. In addition, it ensures that this transition takes place within a defined and predeterminable cross-sectional zone of the ignition chamber, that is, the axial length of the recirculation area can be influenced as required. Furthermore, it completely or at least largely reduces the swirl flow of the swirl air as well as a swirl present in the fuel jet (which can be caused by a special swirl generator and / or by the action of the swirl air), so that the fuel dust particles at the burner mouth into a predominantly axial Bring flow direction. For this purpose, it may be appropriate in individual cases to provide the additional combustion air with a counter-swirl. In addition, the further combustion air cools the outlet pipe and prevents residues, in particular melted ash particles, from accumulating therein.

Für die Erfindung ist es ebenfalls wichtig, in der Zündkammer unterstöchiometrische Verbrennungsverhältnisse einzustellen. Das hat wiederum mehrere Funktionen. Erstens wird der Brennstoffstrahl innerhalb der Zündkammer nur unwesentlich aufgelöst, und der radiale Teilchenaustrag innerhalb der Zündkammer ist entsprechend gering. Weiterhin steht dem Brennstoffstrahl aber auch nur eine zwar zur Zündung und beginnenden Verbrennung, aber nicht mehr zur weitergehenden Verbrennung ausreichende Luftmenge zur Verfügung, was zur Folge hat, daß der Ausbrand des Brennstoffstrahls hauptsächlich im Verbrennungsraum stattfindet und die Zündkammer entsprechend kühler bleibt.It is also important for the invention to set substoichiometric combustion conditions in the ignition chamber. This in turn has several functions. First, the fuel jet within the ignition chamber is only slightly dissolved, and the radial particle discharge inside the ignition chamber is correspondingly low. Furthermore, the fuel jet is only available with a sufficient amount of air for ignition and incipient combustion, but no longer for further combustion, which means that the fuel jet burns out mainly in the combustion chamber and the ignition chamber remains correspondingly cooler.

Insgesamt ergibt somit das Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Maßnahmen einen innerhalb sehr weiter Grenzen variablen und flexiblen Brenner, der auch bei mittleren Leistungen frei von störenden Ascheanbackungen betrieben werden kann und der einen beliebig drallfreien und vollständig durchgezündeten Brennstoffstrahl mit weitgehend axialer Strömungsrichtung abgibt, welcher - abhängig jeweils vom eingesetzten Brennstoff und den geforderten Betriebsbedingungen - an der Brennermündung eine Temperatur von etwa 700-1200°C angenommen hat. Damit ist in jedem Verbrennungsraum - ob heiß oder weniger heiß - ein stabiler Ausbrand des Brennstoffstrahls mit langer schlanker Flammenform gewährleistet. 5 Overall, the interaction of the measures according to the invention thus results in a burner which is variable and flexible within very wide limits, which can be operated even at medium power levels free of annoying ash deposits and which emits an arbitrarily swirl-free and completely ignited fuel jet with a largely axial flow direction, which - depending on the used fuel and the required operating conditions - a tempera at the burner mouth has assumed about 700-1200 ° C. This ensures stable combustion of the fuel jet with a long, slim flame shape in every combustion chamber - whether hot or less hot. 5

Der in der Zündkammer benötigte unterstöchiometrische Anteil an der Verbrennungsluft hängt ebenfalls von dem eingesetzten Brennstoff sowie den geforderten Betriebsbedingungen ab und ergibt sich aus derjenigen Menge der insgesamt in 10 die Zündkammer eingeleiteten Verbrennungsluft, die sich mit dem Brennstoffstrahl durchmischt und dadurch an der Zündung und beginnenden Verbrennung teilnimmt. Die in die Zündkammer eingeleitete Verbrennungsluft setzt sich zusammen 15 aus der Förderluft für den Brennstaub (mit etwa 2-7% Anteil an der Gesamtluft), der über den ersten Einlaß zugeführten Dralluft (mit etwa 2-15% Anteil an der Gesamtluft) und der über den zweiten Einlaß zugeführten weiteren Verbren- 20 nungsluft. Davon nehmen die Förderluft vollständig und die Dralluft nahezu vollständig an der Durchmischung mit dem Brennstoffstrahl teil, während die weitere Verbrennungsluft unterschiedlich gehandhabt werden kann. Sie kann so 25 bemessen und geführt sein, daß sie vollständig mit durchmischt wird, in welchem Falle sich ihre Menge aus der Forderung ergibt, daß die Summe der durchmischten Verbrennungsluft nicht mehr als 50% der Gesamtluft betragen darf. Anderer- 30 seits kann die Menge dieser weiteren Verbrennungsluft aber auch höher bemessen sein und ggfs. sogar den vollen Rest der Gesamfluft ausmachen, sofern z.B. durch geeignete Strömungsführung dafür gesorgt ist, daß sich nur der maximal 35 erlaubte Teil mit dem Brennstoffstrahl mischt, während der restliche Teil unvermischt um den Brennstoffstrahl herum in den Verbrennungsraum austritt. Mit dieser unterschiedlichen Handhabung der weiteren Verbrennungsluft ist eine Möglich- 40 keit gegeben, das Strömungs- und Temperaturprofil an der Brennermündung zu beeinflussen.The sub-stoichiometric proportion of the combustion air required in the ignition chamber also depends on the fuel used and the required operating conditions and results from the amount of combustion air introduced into the ignition chamber in total, which mixes with the fuel jet and thereby causes ignition and incipient combustion participates. The combustion air introduced into the ignition chamber is composed of 15 from the conveying air for the combustion dust (with about 2-7% of the total air), the swirl air supplied via the first inlet (with about 2-15% of the total air) and the supplied through the second inlet 20 further combustion air drying. Of this, the conveying air takes part completely and the swirl air almost completely takes part in the mixing with the fuel jet, while the further combustion air can be handled differently. They can be sized to 25 and guided that it is completely mixed with, in which case its amount is apparent from the requirement that the sum of the mixed combustion air no longer must not exceed 50% of the total air. On the other 30 hand, but the amount may be dimensioned also higher and, if necessary. Even make up the full balance of the Gesamfluft this further combustion air, provided, for example, is ensured by suitable flow guidance for the fact that only the maximum 35 allowed part mixes with the fuel jet, while the remaining part unmixed emerges around the fuel jet into the combustion chamber. With these different handling of the further combustion air, a possibility is given 40 ness to influence the flow and temperature profile of the burner mouth.

Ein Vorteil der Erfindung ist es im übrigen auch, daß der Brenner nicht auf die Verwendung staubförmiger Brennstoffe beschränkt ist, sondern ohne 45 weiteres in gleicher Weise mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betrieben werden kann. Bei Brennstaub als Hauptbrennstoff und Gas oder Öl als Stützbrennstoff genügt es beispielsweise, den Hauptbrennstoff abzuschalten und den Stütz- 50 brennstoff ohne Unterbrechung des Brennerbetriebs auf volle Leistung aufzufahren, wenn dies bei Engpässen im Nachschub des Brennstaubes erforderlich sein sollte. Auch kann von vornherein Gas und/oder ÖI, insbesondere das schlechter 55 zündbare Schweröl, als Hauptbrennstoff vorgesehen sein.An advantage of the invention is, moreover, that the burner pulverized fuels is not limited to use, but can be operated without additional 45 in the same manner with liquid or gaseous fuels. In the case of fuel dust as the main fuel and gas or oil as the support fuel, it is sufficient, for example, to switch off the main fuel and run the support fuel to full capacity without interrupting the burner operation if this should be necessary in the event of bottlenecks in the supply of the fuel dust. Also, from the outset gas and / or oil in particular the poor 55 ignitable heavy oil, can be provided as the main fuel.

Zahlreiche Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brenners sind in den Unteransprüchen definiert und in der nachfolgen- 60 den Beschreibung einzelner Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind gleiche oder funktionsmäßig gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es stellen dar: 65

  • Fig. 1 im Längsschnitt einen Brenner für Brenn-- staub als Hauptbrennstoff und mit Gas als Stützbrennstoff;
  • Fig. 2 einen Querschnitt durch den Brenner in 5 der Ebene II-II der Fig. 1;
  • Fig. 3 im Längsschnitt einen Brenner mit einer anderen Ausgestaltung des Einlasses zur Einleitung der weiteren Verbrennungsluft in die Zündkammer;
  • 10 Fig. 4 im Längsschnitt einen Brenner mit einer anderen Ausgestaltung des Einlasses zur Einleitung von Dralluft in die Zündkammer;
  • Fig. 5 im Längsschnitt eine gegenüber Fig. 4 abgewandelte Ausführungsform des Brenners;
  • 15 Fig. 6 einen Querschnitt durch den Brenner in der Ebene V-V der Fig. 5;
  • Fig. 7 im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines Brenners für Brennstaub als Hauptbrennstoff mit Gas als Stützbrennstoff;
  • 20 Fig. 8 einen Querschnitt durch den Brenner in der Ebene VIII-VIII der Fig. 7;
  • Fig. 9 im Längsschnitt einen Brenner für Brennstaub mit abgewandelter Zuführung des Stützgases;
  • 25 Fig. 10 im Längsschnitt eine Zündkammer mit einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausbildung des Einlasses für die weitere Verbrennungsluft;
  • Fig. 11 im Längsschnitt einen Brenner für 30 Brennstaub als Hauptbrennstoff und Öl als Stützbrennstoff;
  • Fig. 12 einen Querschnitt durch den Brenner in der Ebene XII-XII der Fig. 11;
  • Fig. 13 im Längsschnitt einen Brenner für flüssi- 35 gen Brennstoff mit Drallzerstäubung;
  • Fig. 14 im Längsschnitt eine Abwandlung des Brenners gemäß Fig. 13; und
  • Fig. 15 im Längsschnitt eine Abwandlung des Brenners gemäß Fig. 14.
Numerous refinements and developments of the burner according to the invention are defined in the subclaims and are explained in more detail in the following description of individual embodiments with reference to the drawings. The same or functionally identical parts are designated with the same reference numerals. The figures show: 65
  • 1 shows a longitudinal section of a burner for fuel dust as the main fuel and with gas as the auxiliary fuel;
  • Figure 2 shows a cross section through the burner in 5 of the plane II-II of Fig. 1.
  • 3 shows in longitudinal section a burner with a different embodiment of the inlet for introducing the further combustion air into the ignition chamber;
  • 10 shows a longitudinal section of a burner with a different embodiment of the inlet for introducing swirl air into the ignition chamber;
  • 5 shows in longitudinal section an embodiment of the burner which is modified compared to FIG. 4;
  • 6 is a cross section through the burner on the plane VV of Fig 15 Fig. 5.
  • 7 shows in longitudinal section a further embodiment of a burner for fuel dust as the main fuel with gas as the supporting fuel;
  • 8 is a cross section through the burner in the plane VIII-VIII of Fig 20 Fig. 7.
  • 9 shows in longitudinal section a burner for fuel dust with a modified supply of the support gas;
  • 25 Figure 10 in longitudinal section of an ignition chamber with a comparison with FIG 1 modified embodiment of the inlet for the combustion air more..;
  • 11 is a longitudinal section of a burner for 30 fuel dust as the main fuel and oil as the auxiliary fuel;
  • FIG. 12 shows a cross section through the burner in the plane XII-XII of FIG. 11;
  • Fig. 13 in longitudinal section a burner for flüssi- 35 gen fuel with Drallzerstäubung;
  • FIG. 14 in longitudinal section a modification of the burner according to FIG. 13; and
  • 15 shows a modification of the burner according to FIG. 14 in longitudinal section.

40 Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform veranschaulicht das Prinzip des erfindungsgemä-βen Brenners am Beispiel von Brennstaub als Hauptbrennstoff in Verbindung mit Gas als Stützbrennstoff. Innerhalb eines Luftrohres 16 sind drei 45 konzentrische Rohre 1, 2 und 3 vorgesehen, die gemeinsam in eine Zündkammer 20 münden. Von diesen drei Rohren dient das zentrale Rohr 1 zur Zufuhr des Brennstoffstrahls, das mittlere Rohr 2 zur Zufuhr des Stützgases und das an seiner Mün- 50 dung mit einem Drallerzeuger 21 ausgerüstete äußere Rohr 3 zur Zufuhr von Dralluft in die Kammer 20. In der dargestellten Ausführungsform besteht dieser Drallerzeuger aus einem das Rohr 3 abschließenden Einsatz, in dem sich ein Drallring- 55 raum 4 befindet, der über tangentiale Bohrungen 5 mit dem Innenraum des Rohres 3 und über einen Einlaß 50 mit der Kammer 20 in Verbindung steht. Zweckmäßig ist dabei an dem Einlaß 50 noch eine einschnürende Schwelle 22 angeordnet, die eine 60 Rückströmung aus der Kammer 20 in den Drallringraum 4 verhindert. 40. The embodiment shown in Figs. 1 and 2 illustrates the principle of the inventive burner-βen the example of pulverized fuel as principal fuel, in conjunction with gas as a support fuel. Within an air tube 16, three 45 concentric tubes 1, 2 and 3 are provided, which open together into an ignition chamber 20. Of these three pipes, the central pipe 1 is used to supply the fuel jet, the central tube 2 for supplying the supporting gas and the 50-making equipped at its Munich with a swirl generator 21 outer pipe 3 for supplying Dralluft into the chamber 20. In the illustrated embodiment, this swirl generator consists of a tube 3 final use, a space 55 Drallring- 4 is in the standing over tangential holes 5 to the interior of the tube 3 and via an inlet 50 to the chamber 20 in connection. A constricting threshold 22 is expediently arranged at the inlet 50, which prevents 60 backflow from the chamber 20 into the swirl annulus 4.

Die Kammer 20 ist begrenzt durch eine gewölbte Wandung 8, die sich von dem Dralluft-Einlaß 50 aus nach außen erstreckt, und ein stromabwärts 65 davon angeordnetes Austrittsrohr 17, das zylindrisch ausgebildet sein kann, sich ebenso aber auch im Durchmesser erweitern oder verringern kann. In Fig. 1 ist ausgezogen gezeigt, daß sich das Austrittsrohr 17 bis auf den Durchmesser eines zylindrischen Mündungsteils 11 verringert, und zugleich ist mit 17' gestrichelt eine zylindrische Ausführung dieses Austrittsrohres angedeutet. Zwischen der Wandung 8 und dem Austrittsrohr 17 weist die Kammer 20 einen zweiten ringförmigen Einlaß 60 auf, der dadurch gebildet ist, daß das Austrittsrohr 17 an dieser Stelle einen etwas größeren Durchmesser besitzt als die Wandung 8. Zweckmäßig ist der Öffnungsquerschnitt dieses Einlasses verstellbar. Dazu kann beispielsweise das Austrittsrohr 17 in Axialrichtung des Luftrohres 16 verschieblich angeordnet sein, oder es kann außen an der Kammerwandung 8 ein in Axialrichtung des Luftrohres 16 verschieblicher, in Fig. 1 nicht dargestellter Drosselkörper vorgesehen sein.The chamber 20 is delimited by a curved wall 8, which extends outward from the swirl air inlet 50, and an outlet pipe 17, which is arranged downstream 65 thereof, the cylinder can be formed drily, but can also expand or decrease in diameter. In Fig. 1 is shown in full that the outlet pipe 17 is reduced to the diameter of a cylindrical mouth part 11, and at the same time 17 'is indicated by a dashed cylindrical design of this outlet pipe. Between the wall 8 and the outlet pipe 17, the chamber 20 has a second annular inlet 60, which is formed in that the outlet pipe 17 has a somewhat larger diameter than the wall 8 at this point. The opening cross section of this inlet is expediently adjustable. For this purpose, for example, the outlet pipe 17 can be arranged displaceably in the axial direction of the air pipe 16, or a throttle body which is displaceable in the axial direction of the air pipe 16 and is not shown in FIG. 1 can be provided on the outside of the chamber wall 8.

Im Betrieb des Brenners gemäß Fig. 1 und 2 wird zunächst das Stützgas zusammen mit der Dralluft in die Kammer 20 eingespeist und zum Brennen gebracht. Danach wird der aus einem Brennstaub-Förderluft-Gemisch bestehende Brennstaubstrahl der Kammer 20 zugeführt. Im Rohr 1 kann dabei noch ein Drallerzeuger 24 angeordnet sein, um den Brennstoffstrahl in der Kammer 20 kegelförmig aufzufächern, wie dies durch die Pfeile A angedeutet ist. Die aus dem Einlaß 50 austretende Dralluft strömt entlang der Kammerwandung 8 nach außen und geht dann, wie dies die Pfeile B zeigen, in eine innere Rezirkulation über. Dadurch werden die heißen Gase, die sich durch die in der Kammer 20 ablaufenden Verbrennungsvorgänge ergeben, zur Wurzel des Brennstoffstrahles transportiert, so daß sich eine stabile Zündung des Brennstoffstrahls ergibt und der Strahl an der Brennermündung 49 vollständig durchgezündet ist.1 and 2, the supporting gas is first fed into the chamber 20 together with the swirl air and caused to burn. Then the fuel dust jet consisting of a fuel dust / conveying air mixture is fed to the chamber 20. A swirl generator 24 can also be arranged in the tube 1 in order to fan out the fuel jet in the chamber 20 in a conical manner, as indicated by the arrows A. The swirl air emerging from the inlet 50 flows outward along the chamber wall 8 and then, as shown by the arrows B, transitions into an internal recirculation. As a result, the hot gases, which result from the combustion processes taking place in the chamber 20, are transported to the root of the fuel jet, so that there is stable ignition of the fuel jet and the jet at the burner mouth 49 is completely ignited.

Die Hauptmenge der insgesamt erforderlichen Verbrennungsluft wird bei der Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 über das Luftrohr 16 zugeführt und strömt zum Teil außen an der Kammer 20 vorbei direkt in den Verbrennungsraum, wie dies die Pfeile D veranschaulichen, tritt zum Teil jedoch auch über den Einlaß 60 in die Kammer 20 ein und strömt dort entsprechend den Pfeilen C entlang des Austrittsrohres 17 zur Brennermündung 49. Dieser in die Kammer 20 eingetretene Teilluftstrom C kann etwa 5-45% der Gesamtluft ausmachen und bildet den weiteren Verbrennungsluftanteil, der innerhalb der Kammer 20 neben der Dralluft und der Förderluft zumindest teilweise mit zur Zündung und beginnenden Verbrennung des Brennstaubes herangezogen wird. Somit ergibt sich die im Verbrennungsraum für den vollständigen Ausbrand des Brennstoffstrahls verfügbare Verbrennungsluft aus dem äußeren Teilluftstrom D und ggfs. einem unverbrannten Rest des Teilluftstromes C.The majority of the total required combustion air is supplied in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 via the air pipe 16 and partly flows past the chamber 20 directly into the combustion chamber, as illustrated by the arrows D, but also partly via the Inlet 60 into the chamber 20 and flows there according to the arrows C along the outlet pipe 17 to the burner orifice 49. This partial air flow C which has entered the chamber 20 can make up about 5-45% of the total air and forms the further combustion air fraction which is inside the chamber 20 in addition to the swirl air and the conveying air is at least partially used for the ignition and incineration of the fuel dust. The combustion air available in the combustion chamber for the complete burnout of the fuel jet thus results from the outer partial air flow D and, if appropriate, an unburned remainder of the partial air flow C.

Wenn der Teilluftstrom C zur Unterstützung seiner drallabbauenden Wirkung mit einem Gegendrall versehen werden soll, erfolgt das am einfachsten dadurch, daß im Bereich des Einlasses 60 entsprechende Drallerzeuger angeordnet werden, die in Fig. 1 nicht mehr dargestellt sind.If the partial air flow C is to be provided with a counter-swirl to support its swirl-reducing effect, the simplest way of doing this is to arrange corresponding swirl generators in the area of the inlet 60, which are no longer shown in FIG. 1.

Im übrigen ist es zweckmäßig, dem Brenner die Dralluft mit einem gegenüber der Hauptluft erhöhten Vordruck zuzuführen, damit auch mit einer geringen Luftmenge eine ausreichende Drallenergie erzeugt werden kann. Der typische Bereich für den Vordruck der Verbrennungsluft im Hauptrohr 16 liegt bei etwa 0,01 bis 0,06 bar Überdruck, während der Vordruck der Dralluft im Rohr 2 etwa 0,08 bis 0,4 bar Überdruck betragen kann.In addition, it is expedient to supply the swirl air to the burner with an upstream pressure that is higher than that of the main air, so that sufficient swirl energy can be generated even with a small amount of air. The typical range for the admission pressure of the combustion air in the main pipe 16 is about 0.01 to 0.06 bar overpressure, while the admission pressure of the swirl air in the pipe 2 can be about 0.08 to 0.4 bar overpressure.

Die Fig. 3 zeigt einen Brenner, bei dem die Einleitung des Teilluftstromes C in die Kammer 20 mit einem Rohr 10 erfolgt, das konzentrisch zum zentralen Rohr 1 angeordnet und über eine Anzahl von Schrägbohrungen 29 mit der Kammer 20 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Kammerwandung 8 eben und das sich an die Bohrungen 29 anschließende Austrittsrohr 61 zylindrisch ausgebildet, was aber an der grundsätzlichen Wirkungsweise des Brenners nichts ändert. Im übrigen läßt sich ebenso wie in Fig. 1 die drallabbauende Wirkung des Teilluftstromes C noch dadurch unterstützen, daß in dem Rohr 10 Mittel zur Erzeugung eines Gegendralls vorgesehen werden bzw. die Bohrungen 29 auch in tangentialer Richtung entsprechend schräg angeordnet werden. Die Zufuhr des Teilluftstroms D in den Verbrennungsraum kann analog Fig. 1 über ein Luftrohr 16 erfolgen, wird aber zweckmäßig über separate Lufteinlässe bewirkt, denen jeweils Luftvorwärmer vorgeschaltet sein können. Beides ist nicht weiter dargestellt.3 shows a burner in which the partial air flow C is introduced into the chamber 20 with a tube 10 which is arranged concentrically with the central tube 1 and is connected to the chamber 20 via a number of oblique bores 29. In this embodiment, the chamber wall 8 is flat and the outlet pipe 61 adjoining the bores 29 is cylindrical, but this does not change the basic mode of operation of the burner. For the rest, as in FIG. 1, the swirl-reducing effect of the partial air flow C can also be supported by providing means for generating a counter-swirl in the tube 10 or by arranging the holes 29 obliquely in the tangential direction. The supply of the partial air flow D into the combustion chamber can take place analogously to FIG. 1 via an air pipe 16, but is expediently effected via separate air inlets, which can each be preceded by air preheaters. Neither is shown any further.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. ist es möglich, die Länge des Rezirkulationsbereichs der Dralluft während des Brennerbetriebs durch entsprechende Einstellung der Menge und ggfs. der Strömungsgeschwindigkeit des Teilluftstromes C zu beeinflussen, so daß der Rezirkulationsbereich entweder bis zur Mündung 49 ausgedehnt (Pfeile B') oder bis zu den Bohrungen 29 zurückgedrängt wird (Pfeile B). Dadurch läßt sich erreichen, daß die Drallströmung stets erst dann abgebaut wird, nachdem sie ihre Funktion erfüllt hat, was z.B. beim Einsatz von Brennstäuben mit wechselnden Eigenschaften wichtig ist. Bei Bedarf kann dabei der Teilluftstrom C auch so eingestellt werden, daß er die Gesamtmenge der benötigten Verbrennungsluft ausmacht, also keine restliche Verbrennungsluft separat in den Verbrennungsraum mehr eingeleitet zu werden braucht.In the embodiment according to FIG. 1, it is possible to influence the length of the recirculation area of the swirl air during burner operation by appropriately adjusting the amount and, if necessary, the flow rate of the partial air flow C, so that the recirculation area either extends to the mouth 49 (arrows B ') or is pushed back to the holes 29 (arrows B). This allows the swirl flow to be reduced only after it has fulfilled its function, which is e.g. is important when using fuel dust with changing properties. If necessary, the partial air flow C can also be set so that it makes up the total amount of combustion air required, that is to say no further combustion air needs to be introduced separately into the combustion chamber.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 entspricht weitgehend der Ausführung nach Fig. 3, sieht jedoch die Einleitung von zwei Dralluftströmen in die Kammer 20 vor. Die Wandung der Kammer 20 ist dabei in ein inneres Wandungsteil 8 und ein äußeres Wandungsteil 9 unterteilt. Der erste Dralluftstrom wird analog Fig. 1 über ein Rohr 27 und die Bohrung 5 dem Drallringraum 4 zugeführt, so daß er aus dem Einlaß 50 verdrallt in die Kammer 20 eintritt. Für den zweiten Dralluftstrom ist zwischen den Wandungsteilen 8 und 9 ein zusätzlicher ringförmiger Einlaß vorgesehen, der über ein das Rohr 27 konzentrisch umgebendes Rohr 28 und einen durch tangentiale Bohrungen 6 damit verbundenen zweiten Drallringraum 7 gespeist wird. Der Teilluftstrom C wird wiederum durch das Rohr 10 zugeführt und über einen ringförmigen Einlaß 60 in die Kammer 20 eingeleitet, deren Austrittsrohr 62 leicht konisch erweitert ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Drallströmung infolge des größeren Abstandes des zusätzlichen ringförmigen Einlasses 51 von der Kammerachse einen höheren Drehimpuls besitzt.The embodiment according to FIG. 4 largely corresponds to the embodiment according to FIG. 3, but provides for the introduction of two swirl air flows into the chamber 20. The wall of the chamber 20 is divided into an inner wall part 8 and an outer wall part 9. The first swirl air flow is fed to the swirl annulus 4 analogously to FIG. 1 via a tube 27 and the bore 5, so that it enters the chamber 20 in a swirled manner from the inlet 50. For the second swirl air flow, an additional annular inlet is provided between the wall parts 8 and 9, via an inlet concentrically surrounding the tube 27 28 and a second swirl annulus 7 connected to it by tangential bores 6 is fed. The partial air flow C is in turn fed through the tube 10 and introduced via an annular inlet 60 into the chamber 20, the outlet tube 62 of which is slightly conically widened. In this embodiment, there is the additional advantage that the swirl flow has a higher angular momentum due to the greater distance of the additional annular inlet 51 from the chamber axis.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 ist wie in Fig. 4 die Wandung der Kammer 20 in das innere Wandungsteil 8 und das äußere Wandungsteil 9 unterteilt. Es wird jedoch die gesamte Dralluft durch das Rohr 3 zugeführt und über die Bohrungen 5 und 6 sowohl in den inneren Drallringraum 4 als auch in den äußeren Drallringraum 7 eingeleitet. Aus den Drallringräumen 4 und 7 strömt die Dralluft dann über die Einlässe 50 und 51 auf die in diesem Fall konisch ausgebildeten Wandungsteile 8 und 9. Das Austrittsrohr 17 der Kammer ist an dem äußeren Rohr 10 angebracht, durch das der Teilluftstrom C außen an dem Wandungsteil 8 vorbei in die Kammer 20 eingeleitet wird. Im übrigen sind in Fig. 5 auch noch drallerzeugende Mittel 18 in dem Rohr 10 dargestellt.In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, as in FIG. 4, the wall of the chamber 20 is divided into the inner wall part 8 and the outer wall part 9. However, the entire swirl air is supplied through the pipe 3 and introduced via the bores 5 and 6 both into the inner swirl ring space 4 and into the outer swirl ring space 7. The swirl air then flows out of the swirl ring spaces 4 and 7 via the inlets 50 and 51 onto the wall parts 8 and 9, which are conical in this case. The outlet pipe 17 of the chamber is attached to the outer pipe 10, through which the partial air flow C on the outside of the wall part 8 is introduced into the chamber 20. 5 also shows swirl-generating means 18 in the tube 10.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 6 wird der Drall der aus den Einlässen 50 und 51 austretenden Dralluft durch Bohrungen 5 und 6 erzeugt, die tangential in die Drallringräume 4 und 7 eingeführt sind. Stattdessen können aber auch, wie in Fig. bei 18 gezeigt, zur Drallerzeugung Leitschaufelgitter eingesetzt werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 7 und 8 dargestellt. Den Einlässen 50 und 51 sind jeweils eigene Rohre 14 und 15 zugeordnet, in denen zur Drallerzeugung Leitschaufelgitter 12 bzw. 13 angeordnet sind. Zusätzlich sind dabei zum Drallabbau noch Leitkanten 23 in dem Mündungsteil 11 des Austrittsrohres vorgesehen. Außerdem können durch eine außen am Mündungsteil 11 angeordnete radiale Sperrfläche 19 im Weg der außen an der Kammer 20 vorbeigeführten Verbrennungsluft auch noch erwünschte Turbulenzen erzeugt werden.In the embodiments according to FIGS. 1 to 6, the swirl of the swirl air emerging from the inlets 50 and 51 is generated through bores 5 and 6 which are introduced tangentially into the swirl ring spaces 4 and 7. Instead, as shown in FIG. 18, guide vane grids can also be used for swirl generation. Such an arrangement is shown in FIGS. 7 and 8. The inlets 50 and 51 are each assigned their own pipes 14 and 15, in which guide vane grids 12 and 13 are arranged for swirl generation. In addition, leading edges 23 are also provided in the mouth part 11 of the outlet pipe for swirl reduction. In addition, desired turbulence can also be generated by a radial blocking surface 19 arranged on the outside of the mouth part 11 in the path of the combustion air conducted past the chamber 20 on the outside.

Die Fig. 9 zeigt eine Abwandlung der bislang beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Brenners dahingehend, daß der Stützbrennstoff durch ein im Brennstoffrohr 26 angeordnetes Innenrohr 25 in die Kammer 20 eingeleitet wird. Somit erfolgt die Brennstoffzufuhr über den Ringraum, der zwischen den Rohren 25 und 26 gebildet wird.FIG. 9 shows a modification of the previously described embodiments of the burner according to the invention in that the support fuel is introduced into the chamber 20 through an inner pipe 25 arranged in the fuel pipe 26. The fuel is thus supplied via the annular space which is formed between the tubes 25 and 26.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist eine abgewandelte Ausbildung des Einlasses für den Teilluftstrom C dargestellt. Die Kammerwandung 9 ist im Bereich ihres größten Durchmessers mit dem Austrittsrohr 17 verbunden, wobei der Einlaß für den Teilluftstrom C durch Bohrungen 29 oder Schlitze 58 gebildet wird.A modified embodiment of the inlet for the partial air flow C is shown in the embodiment according to FIG. 10. The chamber wall 9 is connected in the area of its largest diameter to the outlet pipe 17, the inlet for the partial air flow C being formed by bores 29 or slots 58.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 und 12 wird im Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen Öl als Stützbrennstoff verwendet. Die Zufuhr dieses Stützöls erfolgt über ein das zentrale Brennstoffrohr 1 koaxial umgebendes Rohr 30, das stirnseitig geschlossen und über radiale Bohrungen 31 mit einem weiteren koaxialen Rohr 33 verbunden ist, in das Zerstäubungsluft eingeführt wird. Das Stützöl tritt dann gemeinsam mit der Zerstäubungsluft aus der Mündung 32 eines Kanals 54 in die Kammer 20 aus. Die Bohrungen 31 können ggfs. schräg verlaufend angeordnet sein, um dem Stützöl einen Drall zu erteilen.In the embodiment according to FIGS. 11 and 12, in contrast to the previous exemplary embodiments, oil is used as the auxiliary fuel. This support oil is supplied via a tube 30 which coaxially surrounds the central fuel tube 1 and which is closed at the end and connected to a further coaxial tube 33 via radial bores 31, into which atomizing air is introduced. The support oil then emerges together with the atomizing air from the mouth 32 of a channel 54 into the chamber 20. The bores 31 can optionally be arranged obliquely in order to impart a swirl to the support oil.

Es ist aber auch möglich, Öl (insbesondere Schweröl) als Hauptbrennstoff zu verwenden. Dafür geeignete Ausführungsformen sind in Fig. 13-15 gezeigt. Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß nur die Brennstoff-Zufuhr an den Öleinsatz angepaßt zu werden braucht, während die Ausbildung der Zündkammer und ihr Betrieb mit Dralluft bzw. der weiteren Verbrennungsluft (Teilluftstrom C) unverändert bleibt.But it is also possible to use oil (especially heavy oil) as the main fuel. Embodiments suitable for this are shown in FIGS. 13-15. These embodiments have in common that only the fuel supply needs to be adapted to the oil use, while the formation of the ignition chamber and its operation with swirl air or the further combustion air (partial air flow C) remains unchanged.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 13 ist eine Drallzerstäubung des Hauptöls mit zusätzlichem Drallöl vorgesehen. Das Hauptöl wird durch ein zentrales Rohr 35 über eine Dralleinrichtung 40 in die Kammer 20 eingeleitet, wobei sich an das Rohr 35 eine Austrittsdüse 41 anschließt. Durch ein das Zentralrohr 35 umgebendes Rohr 36 wird ebenfalls Öl zugeführt, das über Bohrungen 37 tangential in eine Drallkammer 38 eingebracht wird, von dort in eine vor dem Mündungsbereich der Austrittsdüse 41 angeordnete Brennstoffdüse 39 gelangt und aus dieser gemeinsam mit dem Hauptöl in die Kammer 20 austritt. Die Austrittsdüse 41 ist dabei vorzugsweise axial verschiebbar in bezug auf die Brennstoffdüse 39 gelagert. Außerdem ist das Rohr 36 zur Zuführung des Drallöls zweckmäßig von einem Rohr 42 umgeben, das einen stirnseitig geschlossenen Ringmantel bildet, in den ein Heizmedium zur Vorwärmung des Brennstoffs eingeführt werden kann.In the embodiment according to FIG. 13, a swirl atomization of the main oil with additional swirl oil is provided. The main oil is introduced through a central tube 35 into the chamber 20 via a swirl device 40, an outlet nozzle 41 connecting to the tube 35. Oil is also supplied through a tube 36 surrounding the central tube 35, which is introduced tangentially into a swirl chamber 38 via bores 37, from there it passes into a fuel nozzle 39 arranged in front of the outlet region of the outlet nozzle 41 and from there together with the main oil into the chamber 20 exit. The outlet nozzle 41 is preferably axially displaceable with respect to the fuel nozzle 39. In addition, the tube 36 for supplying the swirl oil is expediently surrounded by a tube 42, which forms an annular jacket closed on the end face, into which a heating medium for preheating the fuel can be introduced.

Bei dem in Fig. 14 dargestellten Brenner, von dem nur der innere Teil gezeigt ist, findet ebenfalls eine Drallzerstäubung des Hauptöls mit Drallöl statt. Das Hauptöl wird in diesem Falle durch ein zentrales Rohr 45 eingeleitet, das am vorderen Ende mit einer Austrittsdüse 53 versehen ist, vor deren Mündung 46 sich die Brennstoffdüse 39 befindet. Zusammen mit dem aus der Mündung 46 austretenden Hauptöl gelangt Drallöl in die Brennstoffdüse. Das Drallöl wird wie bei Fig. 13 durch das Rohr 36 zugeführt, erfährt mittels der Bohrungen 37 einen Drall und tritt über die Drallkammer 38 in die Düse 39 ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Lage des Rohres 45 in bezug auf die Brennstoffdüse 39 nicht verändert werden. Stattdessen ist im Rohr 35 eine zentrale Düsennadel 55 axial verschiebbar angeordnet, durch deren konische Spitze 59 die austretende Ölmenge einstellbar ist. Im übrigen kann auch das Hauptöl mit Drall in die Brennstoffdüse 39 eingeleitet werden, indem eine Dralleinrichtung 48 im Zwischenraum zwischen der Düsennadel 55 und dem Rohr 45 angeordnet wird.In the burner shown in FIG. 14, of which only the inner part is shown, the main oil is swirled with swirl oil. In this case, the main oil is introduced through a central tube 45, which is provided at the front end with an outlet nozzle 53, in front of the mouth 46 of which the fuel nozzle 39 is located. Together with the main oil emerging from the mouth 46, swirl oil gets into the fuel nozzle. The swirl oil is fed through the pipe 36 as in FIG. 13, undergoes a swirl through the bores 37 and enters the nozzle 39 via the swirl chamber 38. In this embodiment, the position of the tube 45 with respect to the fuel nozzle 39 cannot be changed. Instead, a central nozzle needle 55 is arranged axially displaceably in the tube 35, through whose conical tip 59 the amount of oil emerging can be adjusted. Otherwise, the main oil can also be introduced into the fuel nozzle 39 with a swirl by arranging a swirl device 48 in the space between the nozzle needle 55 and the tube 45.

Der in Fig. 15 dargestellte Brenner unterscheidet sich im Aufbau von dem Brenner gemäß Fig. 14 nur darin, daß statt der zentralen Düsennadel 55 ein zentrales Rohr 43 vorhanden ist, das im Rohr 45 axial verschieblich gelagert ist. Das vordere Ende 47 dieses Rohres 43 ist zur Einstellung der Brennstoffzufuhr durch die Düse 53 konisch ausgebildet und enthält außerdem einen Durchlaß 44, durch den Luft in die Brennstoffdüse 39 geblasen werden kann, um die Zerstäubung des Hauptöls durch das Drallöl zu unterstützen. Auch hier kann ebenso wie bei Fig. 14 ein Heizmantel vorgesehen sein, der nicht weiter dargestellt ist.The burner shown in FIG. 15 differs from the burner according to FIG. 14 only in that instead of the central nozzle needle 55 there is a central tube 43 which is axially displaceably mounted in the tube 45. That before the end 47 of this tube 43 is conical for adjusting the fuel supply through the nozzle 53 and also contains a passage 44 through which air can be blown into the fuel nozzle 39 to assist the atomization of the main oil by the swirl oil. Here too, as in FIG. 14, a heating jacket can be provided, which is not shown further.

Claims (20)

1. Burner for pulverized, gaseous and/or liquid fuels, comprising an ignition chamber (20) preceding a combustion space which serves for the main combustion, said ignition chamber being provided with a wall (8; 9) diverging rotationally symmetrically in diameter in a downstream direction and with an outlet pipe (17, 11; 17', 61, 62) adjoining thereto, a tubular fuel feed (1; 26; 35; 45) opening centrally into the ignition chamber, an air inlet (50) annularly surrounding the mouth of said feed for feeding a first combustion airstream extending coaxially with the fuel jet, said air inlet being provided with a twisting device (5) which produces inside the ignition chamber an internal recirculation flow (B) by which the fuel is thoroughly mixed with the hot combustion gases and heated up to ignition temperature, and a further air-feed opening directly into the combustion chamber and surrounding said outlet pipe for feeding the remaining combustion air, characterized in that in the transition zone between the wall (8; 9) of the ignition chamber and its outlet pipe (17, 11; 17'; 61, 62) a second air inlet (60) for a second portion (C) of the combustion air is provided along the outer circumference of the wall (8; 9) of the ignition chamber such that by the second airstream the axial length of the recirculation flow (B) within the ignition chamber is limited, the fuel jet (A) is de- twisted within the outlet pipe and the fuel jet leaves the outlet pipe with substantially axial flow direction, and that the air inlets are designed such that the sum of said first and said second airstream is not more than 50% of the combustion air totally required for stoichiometric combustion.
2. Burner according to claim 1, characterized in that the second air inlet (60, 29, 58) is so arranged inside an airpipe (16) for feeding combustion air, that the second portion of the combustion air enters the ignition chamber (20) and the remaining portion (D) flows past the ignition chamber into the combustion space.
3. Burner according to claim 1, characterized in that the second air inlet (60, 29, 58) for the second portion (C) of the combustion air is connected with a separate feedpipe (10).
4. Burner according to claims 2 or 3, characterized in that the second air inlet (60) is formed as an annular gap between the wall (8; 9) of the ignition chamber and the outlet pipe.
5. Burner according to claims 2 or 3, characterized in that the second air inlet consists of a number of bores (29) or openings (58), which are disposed in the region of the transition from the chamber wall into the outlet pipe.
6. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that a twist generator (e.g. 18) for generating a twist oriented in the opposite direction to the recirculation flow (B) is associated with the second air inlet (60, 29, 58).
7. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the aperture cross section of the second air inlet (60, 29, 58) is arranged adjustably.
8. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the wall (8) of the ignition chamber adjoins in conically or domed diverging form the air inlet (50) for the first combustion airstream, said air inlet being connected with a separate air-feedpipe (3, 27, 14) containing in its outlet zone a twist generator (21, 13).
9. Burner according to claim 8, characterized in that the wall of the ignition chamber (20) is subdivided into an inner wall part (8) and an outer wall part (9), that the inner wall part adjoins the air inlet (50) for the first combustion airstream and that, between the two wall parts, an additional twisting air inlet (51) is disposed, wherein a partial stream of the total combustion air provided can be introduced into the chamber through each of the two inlets.
10. Burner according to claim 9, characterized in that each of the two air inlets (50, 51) is connected with a separate air-feedpipe (27, 28), each possessing, in its outlet zone, a twist device (4, 5).
11. Burner according to claim 9, characterized in that both the air inlets (50, 51) are connected with a common air-feedpipe (3) which possesses two twist devices (4, 5, 6, 7).
12. Burner according to one of claims 8 to 11, characterized in that the air intended for twisting can be introduced into at least one of the air-feed- pipes (3, 27, 28, 14) with a prepressure raised above that of the second portion of the combustion air.
13. Burner according to one of claims 8 to 11, characterized in that one or both of the air inlets (50, 51) is formed as an annular gap.
14. Burner according to one of the preceding claims with pulverized fuel as principal fuel, characterized in that inside the first air inlet (50) for the first combustion airstream the outlets of a central pipe (1) and of a pipe (2) surrounding this concentrically, are disposed, one of the pipe outlets serving for supplying the principal fuel and the other serving for supplying a twisted or non-twisted support gas.
15. Burner according to one of claims 1 to 13 with pulverized fuel as principal fuel, characterized in that, inside the first air inlet (50) for the first combustion airstream, the outlet of a central pipe (1) for supplying the principal fuel and the common outlet (32) of a pair of pipes (30, 33) concentrically surrounding the central pipe for supplying supporting oil charged in twisting or non-twisting manner with atomizing air, are disposed.
16. Burner according to claims 1 to 13, with oil as principal fuel, characterized in that inside the first air inlet (50) for the first combustion airstream the outlets of a central pipe (35, 45) having an outlet nozzle (41) for the principal fuel and of a pipe (36) surrounding this concentrically and equipped with twist generating means (37), for supplying liquid twisting fuel, are disposed, a fuel nozzle (39) being disposed in the direction of flow after the outlet nozzle (41), through which the principal fuel and the twisting fuel flow jointly.
17. Burner according to claim 16, characterized in that the outlet nozzle (41) and the fuel nozzle (39) are mounted displaceably relative to each other.
18. Burner according to claim 16, characterized in that, in the central pipe (45), a nozzle needle (55) adjustable in the axial direction is disposed.
19. Burner according to claim 18, characterized in that the nozzle needle is formed as a pipe (43) adjustable in the axial direction, through which atomizing air can be introduced into the fuel nozzle (39).
20. Burner according to one of claims 16 to 19, characterized in that the pipe (36) for supplying liquid twisting fuel is surrounded by a heating jacket (42).
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