EP0167049A2 - Process for burning fuel - Google Patents

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EP0167049A2 EP85107454A EP85107454A EP0167049A2 EP 0167049 A2 EP0167049 A2 EP 0167049A2 EP 85107454 A EP85107454 A EP 85107454A EP 85107454 A EP85107454 A EP 85107454A EP 0167049 A2 EP0167049 A2 EP 0167049A2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners 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
    • F23D11/108—Burners 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 intersecting downstream of the burner outlet

Definitions

  • the invention relates to a method for burning a liquid or powdered fuel by means of a burner, the fuel being atomized by a fluid and burned together with an oxygen-containing gas.
  • a liquid fuel such as heating oil can be fed to a nozzle without pressure or at low pressure and atomized with a fluid such as air, gas or steam when it emerges from the nozzle (injection atomization).
  • a fluid such as air, gas or steam when it emerges from the nozzle (injection atomization).
  • the oil mist is mixed with an oxygen-containing gas such as air or oxygen.
  • the oxygen-containing gas is fed to the flame around the actual atomizer.
  • the atomizing fluid is under pressure. For the operator of a burner with injection atomization, it is therefore necessary to use energy to produce steam or compressed air.
  • the invention has for its object to provide a method of the type described above, with which a liquid or solid, powdered fuel can be burned with the least possible noise.
  • This object is achieved in that the fuel is atomized outside of the nozzle by means of oxygen.
  • a fuel is atomized outside the nozzle, the fluid for atomizing the fuel being gaseous oxygen.
  • the mixture of fuel and oxygen produced in this way is subsequently burned with the supply of an oxygen-containing gas such as air or oxygen.
  • the method according to the invention effectively avoids disadvantages of previous methods.
  • the atomizing oxygen is under pressure as in known methods, but the pressure level is comparatively lower than, for example. with atomization in a toroidal burner.
  • the outer mixture enables simple flow guidance of the atomizing oxygen, so that the combustion process in the method according to the invention is considerably quieter than in known methods.
  • the ignition speed of the fuel-oxygen mixture is increased. Due to the higher ignition speed, the risk of the flame lifting off is considerably reduced and the flame stability is improved.
  • oxygen is used both for: atomizing the fuel and for the subsequent combustion, a practically nitrogen-free atmosphere is created.
  • the atomization of the fuel takes place particularly simply and safely if, according to a preferred embodiment of the method according to the invention, the fuel as a central jet and the oxygen for atomizing the fuel as a coaxial, conical hollow jet from the nozzle. be performed.
  • the fuel is given through a central inner tube of the burner.
  • the oxygen is conducted in an annular channel arranged concentrically to the inner tube.
  • the oxygen is deflected so that it leaves the spray nozzle in the form of a cone.
  • the cone apex lies outside the spray nozzle on the extended axis of the inner tube. The oxygen escapes at high speed to atomize the fuel.
  • the structure of the external mixing nozzle required for this flow guide is very simple, relatively inexpensive and not prone to repair, since it has practically no wearing parts. If necessary, however, an atomizing nozzle for the method according to the invention can be easily replaced.
  • the oxygen for atomizing the fuel is set into a rotating movement with respect to its flow direction before it leaves the burner. This measure increases the intensity of the atomization.
  • the length of the flame can be influenced by different twists. In special cases (to achieve a long flame), the atomizing oxygen can also not be swirled.
  • the oxygen required for the combustion can be supplied to the atomizing nozzle in the form of air, oxygen-enriched air or oxygen.
  • an additional tube is arranged coaxially to the outer tube 2 and at a distance from the atomizing nozzle. In the ring channel formed by the outer tube 2 and the additional tube, the oxygen flows to the nozzle end.

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Abstract

The invention relates to a process for burning a liquid or solid powdery fuel by means of a burner. In this connection, the fuel is pulverised by means of a fluid and burned together with an oxygen- containing gas. In order in a simple manner to be able to burn a liquid or solid powdered fuel with as little noise development as possible, it is proposed to pulverise the fuel outside the nozzle by means of oxygen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen oder pulverförmigen Brennstoffes mittels eines Brenners, wobei der Brennstoff durch ein Fluid zerstäubt und zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt wird.The invention relates to a method for burning a liquid or powdered fuel by means of a burner, the fuel being atomized by a fluid and burned together with an oxygen-containing gas.

Derartige Verfahren sind bekannt. So kann beispielsweise ein flüssiger Brennstoff wie Heizöl drucklos oder mit geringem Druck einer Düse zugeführt und beim Austritt aus der Düse mit einem Fluid wie Luft, Gas oder Dampf zerstäubt werden (Injektionszerstäubung). Nach dem Zerstäuben des Heizöls erfolgt das Mischen des ölnebels mit einem sauerstoffhaltigen Gas wie Luft oder auch Sauerstoff. Das sauerstoffhaltige Gas wird um den eigentlichen Zerstäuber herum der Flamme zugeführt. Das zur Zerstäubung dienende Fluid steht unter Druck. Für den Betreiber eines Brenners mit Injektionszerstäubung ist es daher erforderlich, Energie für die Herstellung von Dampf oder Druckluft aufzuwenden.Such methods are known. For example, a liquid fuel such as heating oil can be fed to a nozzle without pressure or at low pressure and atomized with a fluid such as air, gas or steam when it emerges from the nozzle (injection atomization). After the heating oil has been atomized, the oil mist is mixed with an oxygen-containing gas such as air or oxygen. The oxygen-containing gas is fed to the flame around the actual atomizer. The atomizing fluid is under pressure. For the operator of a burner with injection atomization, it is therefore necessary to use energy to produce steam or compressed air.

Es ist auch bekannt, einen Brennstoff in einem ersten Ringkanal und ein sauerstoffhaltiges Gas in einem dazu koaxialen zweiten Ringkanal zu führen und den Brennstoff innerhalb des Brenners durch das sauerstoffhaltige Gas zu zerstäuben. Bei diesem Verfahren ist es allerdings erforderlich, Brennstoff und sauerstoffhaltiges Gas unter hohem Druck in den Brenner einzuleiten, um Rückzündungen zu vermeiden. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten stellt sich ein unerwünscht hoher Geräuschpegel ein. Zudem sind Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens, sogenannte Toroidalbrenner, im Aufbau kompliziert, relativ teuer und reparaturanfällig.It is also known to use a fuel in a first To lead ring channel and an oxygen-containing gas in a coaxial second ring channel and to atomize the fuel within the burner by the oxygen-containing gas. With this method, however, it is necessary to introduce fuel and oxygen-containing gas into the burner under high pressure in order to avoid reignition. Due to the high flow velocities, an undesirably high noise level arises. In addition, burners for carrying out this method, so-called toroidal burners, have a complicated structure, are relatively expensive and are prone to repair.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, mit dem auf einfache Weise ein flüssiger oder fester, pulverförmiger Brennstoff mit möglichst geringer Geräuschentwicklung verbrannt werden kann.The invention has for its object to provide a method of the type described above, with which a liquid or solid, powdered fuel can be burned with the least possible noise.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff außerhalb der Düse mittels Sauerstoff zerstäubt wird.This object is achieved in that the fuel is atomized outside of the nozzle by means of oxygen.

Erfindungsgemäß wird ein Brennstoff außerhalb der Düse zerstäubt, wobei das Fluid zur Zerstäubung des Brennstoffes gasförmiger Sauerstoff ist. Das auf diese Weise erzeugte Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff wird nachfolgend unter Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases wie Luft oder auch Sauerstoff verbrannt.According to the invention, a fuel is atomized outside the nozzle, the fluid for atomizing the fuel being gaseous oxygen. The mixture of fuel and oxygen produced in this way is subsequently burned with the supply of an oxygen-containing gas such as air or oxygen.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise werden Nachteile bisheriger Verfahren wirkungsvoll vermieden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, sowohl flüssige Brennstoffe als auch feste Brennstoffe in Pulverform (z.B. pulverisierte Kohle) mit einer Düse.des gleichen Prinzips zu verbrennen.The method according to the invention effectively avoids disadvantages of previous methods. With the method according to the invention, it is possible to burn both liquid fuels and solid fuels in powder form (e.g. pulverized coal) with a nozzle of the same principle.

Erfindungsgemäß steht der zur Zerstäubung dienende Sauerstoff zwar wie bei bekannten Verfahren unter Druck, jedoch liegt das Druckniveau vergleichsweise niedriger als z..B. bei einer Zerstäubung in einem Toroidalbrenner. Zusätzlich wird durch die Außenmischung eine einfache Strömungsführung des Zerstäubungssauerstoffs ermöglicht, so daß der Verbrennungsvorgang beim erfindungsgemäßen Verfahren erheblich leiser abläuft, als bei bekannten Verfahren.According to the invention, the atomizing oxygen is under pressure as in known methods, but the pressure level is comparatively lower than, for example. with atomization in a toroidal burner. In addition, the outer mixture enables simple flow guidance of the atomizing oxygen, so that the combustion process in the method according to the invention is considerably quieter than in known methods.

Durch die Verwendung von Sauerstoff zur Zerstäubung eines Brennstoffes außerhalb der_Düse wird die Zündgeschwindigkeit des Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches erhöht. Durch die höhere Zündgeschwindigkeit wird die Gefahr des Abhebens der Flamme erheblich verringert und somit die Stabilität der Flamme verbessert.By using oxygen to atomize a fuel outside the nozzle, the ignition speed of the fuel-oxygen mixture is increased. Due to the higher ignition speed, the risk of the flame lifting off is considerably reduced and the flame stability is improved.

Da Sauerstoff stets unter Druck bereitgestellt wird, muß der Betreiber eines Brenners keine Energie für die Kompression aufwenden. Im Vergleich zu Verfahren, bei denen der Brennstoff durch Druckluft oder Dampf zerstäubt wird, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die zur Erzeugung von Druckluft bzw. Dampf erforderliche Energie eingespart werden. Gegebenenfalls ergeben sich auch Einsparungen an Kompressoren bzw. Dampfkesseln.Since oxygen is always supplied under pressure, the operator of a burner does not have to spend energy on the compression. Compared to processes in which the fuel is atomized by compressed air or steam, the energy required to generate compressed air or steam can be saved in the process according to the invention. There may also be savings on compressors or steam boilers.

Wird Sauerstoff sowohl für die:Zerstäubung des Brennstoffs als auch bei der nachfolgenden Verbrennung eingesetzt, so entsteht eine praktisch stickstofffreie Atmosphäre.If oxygen is used both for: atomizing the fuel and for the subsequent combustion, a practically nitrogen-free atmosphere is created.

Wurde bei bisherigen Verfahren, beispielsweise beim Schmelzen von Glas in Glaswannen, Druckluft zur Zerstäubung von öl verwendet, so ergab sich ein relativ schlechter Ausbrand. Dies war optisch an schwarzen Streifen im Kern der Flamme zu erkennen. In unerwünschter Weise konnten dabei Komponenten des Brennstoff-Luft-Gemisches unverbrannt entweichen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde dagegen ein erheblich besserer Ausbrand festgestellt, d.h. die beobachteten "schwarzen Streifen" im Kern der Flamme waren wesentlich verkürzt.If compressed air was used to atomize oil in previous processes, for example when melting glass in glass troughs, there was a relatively poor burnout. This was visually recognizable by black stripes in the core of the flame. In an undesirable manner, components of the fuel-air mixture could be unburned escape. In contrast, a considerably better burnout was found in the method according to the invention, ie the observed “black stripes” in the core of the flame were significantly shortened.

Das Zerstäuben des Brennstoffes erfolgt besonders einfach und sicher, wenn nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Brennstoff als Zentralstrahl und der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes als dazu koaxialer, konusförmig zulaufender Hohlstrahl aus der Düse . geführt werden.The atomization of the fuel takes place particularly simply and safely if, according to a preferred embodiment of the method according to the invention, the fuel as a central jet and the oxygen for atomizing the fuel as a coaxial, conical hollow jet from the nozzle. be performed.

Der Brennstoff wird in dieser Ausgestaltung durch ein zentrales Innenrohr des Brenners gegeben. In einem konzentrisch zum Innenrohr angeordneten Ringkanal wird der Sauerstoff geführt. Am Düsenaustritt wird der Sauerstoff so umgelenkt, daß dieser die Sprühdüse in Form eines Konus verläßt. Der Konusscheitelpunkt liegt außerhalb der Sprühdüse auf der verlängerten Achse des Innenrohres. Der Sauerstoff tritt mit hoher Geschwindigkeit aus, um den Brennstoff zu zerstäuben.In this embodiment, the fuel is given through a central inner tube of the burner. The oxygen is conducted in an annular channel arranged concentrically to the inner tube. At the nozzle outlet, the oxygen is deflected so that it leaves the spray nozzle in the form of a cone. The cone apex lies outside the spray nozzle on the extended axis of the inner tube. The oxygen escapes at high speed to atomize the fuel.

Die für diese Strömungsführung erforderliche Außenmischdüse ist in ihrem Aufbau sehr einfach, relativ preiswert und nicht reparaturanfällig, da sie praktisch keine Verschleißteile hat. Gegebenenfalls kann aber eine Zerstäubungsdüse für das erfindungsgemäße Verfahren leicht ausgetauscht werden.The structure of the external mixing nozzle required for this flow guide is very simple, relatively inexpensive and not prone to repair, since it has practically no wearing parts. If necessary, however, an atomizing nozzle for the method according to the invention can be easily replaced.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes vor dem Austritt aus dem Brenner in eine rotierende Bewegung bezüglich seiner Strömungsrichtung versetzt. Durch diese Maßnahme wird die Intensität der Zerstäubung erhöht. Durch unterschiedliche Verdrallung kann die Länge der-Flamme beeinflußt werden. In Sonderfällen (zur Erzielung einer langen Flamme) kann auch die Verdrallung des Zerstäubungssauerstoffs entfallen.According to a further embodiment of the method according to the invention, the oxygen for atomizing the fuel is set into a rotating movement with respect to its flow direction before it leaves the burner. This measure increases the intensity of the atomization. The length of the flame can be influenced by different twists. In special cases (to achieve a long flame), the atomizing oxygen can also not be swirled.

Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel erläutert werden:

  • In der Figur ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Zerstäubungsdüse dargestellt. Die Zerstäubungsdüse besteht im wesentlichen aus zwei koaxial zueinander angeordneten Rohren 1, 2. Durch das zentrale Innenrohr 1 strömt ein Brennstoff, im Ausführungsbeispiel Heizöl, in Richtung des Pfeiles 3 und tritt am Düsenende 5 als zentraler Strahl aus. In dem Raum zwischen Innenrohr 1 und Außenrohr 2 strömt Sauerstoff in Richtung der Pfeile 4 durch den Brenner und tritt ebenfalls am Düsenende 5 aus. Im Bereich des Düsenendes 5 sind die Innenseite des Außenrohres und die Außenseite des Innenrohres konisch ausgebildet. Aufgrund dieser Gestaltung des Düsenendes erhält der ausströmende Sauerstoff eine im wesentlichen konische Form. Der Scheitel des Konus liegt außerhalb der Zerstäubungsdüse auf der verlängerten Achse 6 des Innenrohres 1. Mit 7 ist eine Vorrichtung bezeichnet, in der der Sauerstoff in eine rotierende Bewegung versetzt wird. Diese Vorrichtung kann beispielsweise aus mehreren spiralig um das Innenrohr verlaufenden Strömungskanälen bestehen. Der Druck, mit dem Sauerstoff der Zerstäubungsdüse zugeführt wird, ist abhängig vom verwendeten Brennstoff und der Düseneinstellung. Durch einfaches Verschieben des Innenrohres 1 gegenüber dem Außenrohr 2 kann der öffnungsquerschnitt des Sauerstoffkanals variiert und somit Einfluß auf die Sauerstoffdurchflußmenge und den Grad der Zerstäubung genommen werden.(Pfeil 8).
An exemplary embodiment is to be explained below with the aid of a schematic sketch:
  • The figure shows an atomizing nozzle which is suitable for carrying out the method according to the invention. The atomizing nozzle essentially consists of two tubes 1, 2 arranged coaxially to one another. A fuel, in the exemplary embodiment heating oil, flows through the central inner tube 1 in the direction of arrow 3 and emerges at the nozzle end 5 as a central jet. In the space between the inner tube 1 and outer tube 2, oxygen flows through the burner in the direction of the arrows 4 and also exits at the nozzle end 5. In the area of the nozzle end 5, the inside of the outer tube and the outside of the inner tube are conical. Due to this design of the nozzle end, the outflowing oxygen takes on an essentially conical shape. The apex of the cone lies outside the atomizing nozzle on the elongated axis 6 of the inner tube 1. 7 denotes a device in which the oxygen is set in a rotating movement. This device can consist, for example, of a plurality of flow channels running spirally around the inner tube. The pressure at which oxygen is supplied to the atomizing nozzle depends on the fuel used and the nozzle setting. By simply shifting the inner tube 1 relative to the outer tube 2, the opening cross section of the oxygen channel can be varied and the influence on the oxygen flow rate and the degree of atomization can be influenced (arrow 8).

Der für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff kann der Zerstäubungsdüse in Form von Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder Sauerstoff zugeführt werden. Im zuletztgenannten Fall wird um die Zerstäubungsdüse ein zusätzliches Rohr koaxial zum Außenrohr 2 und mit Abstand zu diesem angeordnet. In dem vom Außenrohr 2 und dem zusätzlichen Rohr gebildeten Ringkanal strömt der Sauerstoff zum Düsenende.The oxygen required for the combustion can be supplied to the atomizing nozzle in the form of air, oxygen-enriched air or oxygen. In the latter case, an additional tube is arranged coaxially to the outer tube 2 and at a distance from the atomizing nozzle. In the ring channel formed by the outer tube 2 and the additional tube, the oxygen flows to the nozzle end.

Claims (3)

1. Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen oder festen, pulverförmigen Brennstoffs mittels eines Brenners, wobei der Brennstoff durch ein Fluid zerstäubt und zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff außerhalb der Düse mittels Sauerstoff zerstäubt wird.1. A method for burning a liquid or solid, powdered fuel by means of a burner, the fuel being atomized by a fluid and burned together with an oxygen-containing gas, characterized in that the fuel is atomized outside of the nozzle by means of oxygen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff als.Zentralstrahl und der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes als dazu koaxialer, konusförmig zulaufender Hohlstrahl aus der Düse geführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel as a central jet and the oxygen for atomizing the fuel as a coaxial, conically tapering hollow jet are guided out of the nozzle. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff zur Zerstäubung des Brennstoffes vor dem Austritt aus dem Brenner in eine rotierende Bewegung bezüglich seiner Strömungsrichtung versetzt wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the oxygen for atomizing the fuel is set in a rotating movement with respect to its direction of flow before exiting the burner.
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