EP0183978B1 - Brenner - Google Patents
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- EP0183978B1 EP0183978B1 EP85113687A EP85113687A EP0183978B1 EP 0183978 B1 EP0183978 B1 EP 0183978B1 EP 85113687 A EP85113687 A EP 85113687A EP 85113687 A EP85113687 A EP 85113687A EP 0183978 B1 EP0183978 B1 EP 0183978B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F23M11/00—Safety arrangements
- F23M11/04—Means for supervising combustion, e.g. windows
- F23M11/045—Means for supervising combustion, e.g. windows by observing the flame
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/001—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals for sludges or waste products from water treatment installations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/008—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals for liquid waste
Definitions
- the invention relates to a burner for use in a combustion furnace for flowable waste materials which can be conveyed by a pump, the burner being a lance for introducing the fuel, at the end of which a nozzle is arranged.
- Wastes such as contaminated solvents, contaminated oils, dye sludge, faulty batches from production, etc.
- rotary drum furnaces for procedural reasons.
- the waste materials are added via burners, lances or e.g. also by the barrel, the feed units being installed in an end wall of the furnace.
- This end wall is permanently installed and is usually only connected to the rotating rotary drum furnace by a gas-tight sliding seal.
- Waste incineration plants using this rotary drum furnace method are usually designed according to the expected thermal load of the rotary drum furnace.
- the calorific value of pumpable waste liquids can fluctuate within wide limits, the heat released when these liquids are burned also fluctuates within wide limits and thus the thermal load on the rotary drum.
- a furnace of the above-mentioned type is known, which is designed for smaller plants and is designed as a combined combustion and melting furnace for solid, doughy and liquid waste materials with a drum diameter of less than 2 m.
- the device for placing barrels in one end wall and the burner for the flowable (liquid or pasty) waste materials that can be pumped were arranged in the other end wall, the two end walls not being firmly connected to the drum and the drum is pivotable about its axis.
- the burner in turn, is designed so that it can be pushed into the furnace or pulled out of it along its longitudinal axis. This means that it can always be brought close to the waste materials to be incinerated.
- the present invention is based on the object of developing a burner which is particularly suitable for the operation of such a furnace, via which, in addition to the fuel for a pilot flame, further media necessary for maintaining or improving the combustion can be introduced and, if possible is well protected against mechanical and thermal loads.
- the invention also includes a method for operating a combustion furnace using the burner according to the invention.
- FIG. 1 an end wall 1 of a burner nozzle of a drum of an incinerator, not shown, is only partially shown. An opening 2 of this end wall 1 passes through a burner 3, held by an annular flange 5 placed on a seal 4.
- the burner 3 consists essentially of a nozzle 7 arranged at the end of a lance 6, a first casing 8, which is described in more detail below, which surrounds the lance 6 and the nozzle 7 in a coaxial and fixed arrangement thereof, and a second, in The jacket 9 described in more detail below, which encloses the first jacket 8 in an arrangement that is fixed relative to it.
- the first, inner casing 8 essentially consists of two tubular and coaxial parts 10 and 11, which are not connected to one another at the end adjacent to the nozzle 7, so that this first casing is open on the furnace side (it is not water-cooled).
- the second, outer casing is water-cooled, it essentially consists of an outer tubular part 12 and an inner part 13, which are connected to each other by a (not designated) front part to form a container for the water at both ends. Stubs 14 and 15 for the supply and discharge of cooling water are provided.
- the two jackets extend substantially the same length into the furnace and the lance 6 is arranged in such a way that the nozzle 7 is enclosed by them. The lance 6 and the nozzle 7 are thus protected against mechanical and thermal effects of the furnace by two jackets.
- each water tube 16 is arranged parallel to the axis, which at their end adjacent to the nozzle 7, each with an atomizer nozzle 17 and at their other end, each with a nozzle 18 for the supply of Water are provided. With the help of these water pipes 16 and through these atomizing nozzles 17, water can be injected into the furnace and atomized.
- the burner air required for operating the burner is introduced into the furnace near the nozzle 7 and approximately coaxially therewith through the remaining space between the two jacket parts 10, 11 of the first, inner jacket 8.
- the combustion air required for the combustion of, for example, waste materials is passed between the two casings 8 and 9, i.e. inserted between the jacket parts 10 and 13 in the furnace. This separate introduction of the burner air and the waste combustion air is a reason why the two air feeds are arranged eccentrically to one another; there are fewer interactions between the two air flows.
- FIG. 2 it can be seen that the lance 6 and the first casing 8 are arranged coaxially to one another and eccentrically with respect to the second casing 9, parallel to the axis.
- the displacement of the axis A of the lance 6 and thus of the nozzle 7 is approximately 30-80 mm.
- a lance 20 of a pilot burner is arranged in the space 19 between the two jackets 8 and 9 or between the outer jacket part 10 of the first jacket 8 and the inner jacket part 13 of the second jacket 9.
- Other pipes, not shown, can also be arranged in the space 19 mentioned, e.g. for sludge, extinguishing water and the like
- the required combustion air is fed to the furnace via the pipelines 21 and, as already indicated, through the space 19 mentioned.
- Fig. 4 which shows a view of the rear of the burner 3, as well as in Fig. 1, the lines 22, 23 and 24 serving for the supply of fuels and water and optionally additives can also be seen.
- the point 25 can also be seen where a photocell can be arranged to monitor the burning process.
- the optical path from the inside of the furnace or from the nozzle 7 to this photocell is created in that the inner casing part 11 of the first casing 8, deviating from the shape of a cylindrical tube, has a corresponding bulge 26 (FIG. 3).
- the inner jacket part 11 of the first jacket 8 is provided with a flattened area 27 in the area of the air supply (FIGS. 1 and 3), which merges into the tubular shape (FIG. 2) via an inclined surface 28 (FIG. 1) .
- the inner casing part 13 of the second casing 9 does not extend as a single part over the entire circumference of the casing. Thanks to the eccentric arrangement of both the first casing 8 and the lance 20 of the pilot burner in relation to the second casing, it is possible to connect the inner casing part 13 of the second casing 9 at the welding points 29 and 30 to the outer jacket part 10 of the first casing 8 and to be welded with the lance 20 of the pilot burner. To complete the elongated intermediate space between the two sheathing 8, 9, the lance 20 is also welded to the outer part 10 of the first sheathing 8 at the welding point designated 31. This saves material and weight.
- Such a burner can be used very flexibly and is largely secured against damage. Any medium can be brought to the place where it is needed for combustion. This burner should not only be used in rotary drum furnaces, but is also suitable for use in any other furnace.
- the method according to the invention describes the particular advantages of introducing the burner air and the combustion air together with a burner.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Brenner für den Einsatz in einem Verbrennungsofen für fliessfähige, mit einer Pumpe förderbare Abfallstoffe, wobei der Brenner eine Lanze zum Einführen des Brennstoffes, an deren Ende eine Düse angeordnet ist.
- Industrielle Abfälle, wie verunreinigte Lösungsmittel, verschmutzte Oele, Farbstoffschlämme, Fehlchargen aus der Produktion usw. werden üblicherweise aus verfahrenstechnischen Gründen in Drehtrommelöfen verbrannt. Die Zugabe der Abfallstoffe erfolgt dabei je nach ihrer Konsistenz über Brenner, Lanzen oder z.B. auch fassweise, wobei die Aufgabeaggregate in einer Stirnwand des Ofens eingebaut sind.
- Diese Stirnwand ist fest installiert und üblicherweise nur durch eine gasdichte Schleifdichtung mit dem sich drehenden Drehtrommelofen verbunden.
- Abfallverbrennungsanlagen nach diesem Drehtrommelofen-Verfahren werden üblicherweise nach der zu erwartenden Wärmebelastung des Drehtrommelofens ausgelegt. Da jedoch der Heizwert von pumpbaren Abfallflüssigkeiten in weiten Grenzen schwanken kann, schwankt auch die bei der Verbrennung dieser Flüssigkeiten freiwerdende Wärme und damit die Wärmebelastung der Drehtrommel in weiten Grenzen.
- Schwierigkeiten dieser Art treten insbesondere dann auf, wenn Fässer mit brennbaren Abfallflüssigkeiten in die Trommel eingegeben werden. Ein Brenner hat dabei im allgemeinen die Aufgabe, diese Schwankungen der Ofenleistung auszuregeln. Da der Pumpendruck für die Förderung der flüssigen und pasteusen Abfälle wiederum nur in engen Grenzen variiert werden kann, ergibt sich, dass die temperaturbeständige Ausmauerung der Drehtrommel starken lokalen Temperaturschwankungen unterworfen wird, was ihre Lebensdauer stark beeinträchtigt.
- Aus der DE-A-31 01 244 ist ein Ofen der oben genannten Art bekannt, der für kleinere Anlagen konzipiert und als kombinierter Verbrennungs-und Schmelzofen für feste, teigige und flüssige Abfallstoffe mit einem Trommeldurchmesser von weniger als 2 m ausgebildet ist. Aus Platzgründen ist es bei einem solchen Ofen nicht möglich, alle Aggregate für die Zufuhr der zu verbrennenden Abfälle in derselben Stirnwand des Ofens anzuordnen. Daher wurde bei diesem Ofen die Vorrichtung für die Aufgabe von Fässern in die eine Stirnwand und der Brenner für die fliessfähigen (flüssigen oder teigigen), mit einer Pumpe förderbaren Abfallstoffe in die andere Stirnwand angeordnet, wobei die beiden Stirnwände nicht fest mit der Trommel verbunden sind und die Trommel um ihre Achse hin und her schwenkbar ist. Der Brenner wiederum ist so ausgebildet, dass er sich in seiner Längsachse in den Ofen hinschieben oder aus ihm herausziehen lässt. Damit kann er immer in die Nähe der zu verbrennenden Abfallstoffe gebracht werden.
- Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu entwickeln, welcher insbesondere für den Betrieb eines solchen Ofens geeignet ist, über den neben dem Brennstoff für eine Pilotflamme, weitere zur Aufrechterhaltung bzw. Verbesserung der Verbrennung notwendige Medien eingeführt werden können und der möglichst gut gegen mechanische und thermische Belastungen geschützt ist.
- Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Brenner, welcher durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteränsprüchen.
- Mit diesem Brenner wird es möglich, die Brennerluft und die notwendige Verbrennungsluft für die Fässer im Ofen separat gesteuert dem Ofen zuzugeben und dies zudem so, dass die Verbrennungsluft direkt die Fässer beaufschlagt.
- Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betreiben eines Brennungsofens unter Verwendung des erfindungsgemässen Brenners.
- Die Erfindung wird nun im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner für einen Verbrennungsofen,
- Fig. 2 einen vergrössert dargestellten Querschnitt durch den Brenner entlang Linie 11-11 in Fig. 1,
- Fig. 3 einen verkleinert dargestellten Querschnitt durch den Brenner nach Linie 111-111 in Fig. 1 und
- Fig. 4 eine Rückansicht des Brenners nach Fig. 1.
- In Fig. 1 ist nur noch teilweise eine Stirnwand 1 eines nicht näher gezeigten Brennerstutzens einer Trommel eines Verbrennungsofens dargestellt. Eine Oeffnung 2 dieser Stirnwand 1 durchsetzt ein Brenner 3, gehalten von einem, einer Dichtung 4 aufgesetzten Ringflansch 5.
- Der Brenner 3 besteht im wesentlichen aus einer am Ende einer Lanze 6 angeordnet Düse 7, einer ersten, im nachstehenden näher beschriebenen Ummantelung 8, welche die Lanze 6 und die Düse 7 in einer diesen gegenüber koaxialen und feststehenden Anordnung umschliesst, und einer zweiten, im nachstehenden näher beschreibenen Ummantelung 9, welche die erste Ummantelung 8 in einer dieser gegenüber feststehenden Anordnung umschliesst. Die erste, innere Ummantelung 8 besteht im wesentlichen aus zwei rohrförmigen und koaxialen Manteilteilen 10 und 11, die an ihrem der Düse 7 benachbarten Ende nicht frontal miteinander verbunden sind, so dass diese erste Ummantelung ofenseitig offen ist (sie ist nicht wassergekühlt). Die zweite, äussere Ummantelung ist wassergekühlt, sie besteht im wesentlichen aus einem äusseren rohrförmigen Manteilteil 12 und einem inneren Mantelteil 13, die zur Bildung eines Behälters für das Wasser an ihren beiden Enden untereinander durch je einen (nicht bezeichneten) Frontteil verbunden sind. Stutzen 14 bzw. 15 für die Zu- und Ableitung von Kühlwasser sind vorgesehen. Die beiden Ummantelungen reichen im wesentlichen gleich lang in den Ofen hinein und die Lanze 6 ist darin so angeordnet, dass die Düse 7 von ihnen umschlossen ist. Die Lanze 6 und die Düse 7 werden somit durch zwei Ummantelungen gegen mechanische und thermische Einwirkung des Ofens geschützt. Im Zwischenteil zwischen den beiden Mantelteilen 10 und 11 der ersten, inneren Ummantelung 8 sind achsenparallel dazu vier Wasserrohre 16 angeordnet, die an ihrem der Düse 7 benachbarten Ende mit je einer Zerstäuberdüse 17 und an ihrem anderen Ende mit je einem Stutzen 18 für die Zuführung von Wasser versehen sind. Mit Hilfe dieser Wasserrohre 16 und durch diese Zerstäuberdüsen 17 kann Wasser in den Ofen eingespritzt und zerstäubt werden.
- Aus einer Rohrleitung 32 wird durch den übrigbleibenden Zwischenraum zwischen den beiden Mantelteilen 10, 11 der ersten, inneren Ummantelung 8 die zum Betrieb des Brenners benötigte Brennerluft in Nähe der Düse 7 und etwa koaxial dazu in den Ofen eingeführt. Die zur Verbrennung von beispeilsweise Abfallstoffen benötigte Verbrennungsluft wird zwischen den beiden Ummantelungen 8 und 9, d.h. zwischen den Mantelteilen 10 und 13 in den Ofen eingeführt. Diese getrennte Einführung der Brennerluft und der Abfallverbrennungsluft ist ein Grund dafür, dass dieses beiden Luftzuführungen exzentrisch zueinander angeordnet sind; es entstehen weniger Wechselwirkungen zwischen den beiden Luftströmen.
- In Fig. 2 ist erkennbar, dass die Lanze 6 und die erste Ummantelung 8 zueinander koaxial und gegenüber der zweiten Ummantelung 9 achsenparallel aber exzentrisch angeordnet sind. Bei einem Durchmesser einer Trommel eines Verbrennungsofens in der Grössenordnung von 1-2 m beträgt die Versetzung der Achse A der Lanze 6 und somit der Düse 7 etwa 30-80 mm.
- Im Zwischenraum 19 zwischen den beiden Ummantelungen 8 und 9 bzw. zwischen dem äusseren Mantelteil 10 der ersten Ummantelung 8 und dem inneren Manteilteil 13 der zweiten Ummantelung 9 ist eine gegebenenfalls mit einer nicht dargestellten Düse versehene Lanze 20 eines Zündbrenners angeordnet. Andere, nicht dargestellte Rohrleitungen können im erwähnten Zwischenraum 19 ebenfalls angeordnet werden, z.B. für Schlämme, Löschwasser u.dgl. Die benötigte Verbrennungsluft wird dem Ofen über die Rohrleitungen 21 und, wie bereits angegeben durch den erwähnten Zwischenraum 19 hindurch zugeführt.
- In Fig. 4, die eine Ansicht auf die Rückseite des Brenners 3 darstellt, sowie in Fig. 1 sind noch die der Zuleitung von Brennstoffen sowie Wasser und gegebenenfalls Zusatzmitteln dienenden Leitungen 22, 23 und 24 erkennbar. Auch ist die Stelle 25 erkennbar, wo eine Photozelle zur Ueberwachung des Brennvorgangs angeordnet werden kann. Der optische Weg vom Innern des Ofens bzw. von der Düse 7 zu dieser Photozelle wird dadurch geschaffen, dass dere innere Mantelteil 11 der ersten Ummantelung 8 von der Form eines zylindrischen Rohres abweichend eine entsprechende Ausbauchung 26 (Fig. 3) aufweist. Auch ist aus strömungstechnischen Gründen der innere Mantelteil 11 der ersten Ummantelung 8 im Bereich der Luftzufuhr mit einer Abflachung 27 (Fig. 1 und 3) versehen, die über eine schräge Fläche 28 (Fig. 1) in die Rohrform (Fig. 2) übergeht.
- In den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass der innere Mantelteil 13 der zweiten Ummantelung 9 sich nicht als einzelnes Teil über den ganzen Umfang der Ummantelung erstreckt. Dank der exzentrischen Anordnung sowohl der ersten Ummantelung 8 als auch der Lanze 20 des Zündbrenners gegenüber der zweiten Ummantelung ist es möglich, den inneren Mantelteil 13 der zweiten Ummantelung 9 an den Schweisstellen 29 bzw. 30 mit dem äusseren Manteilteil 10 der ersten Ummantelung 8 bzw. mit der Lanze 20 des Zündbrenners zu verschweissen. Zur Vervollständigung des länglichen Zwischenraumes zwischen den beiden Ummantelung 8, 9 wird auch die Lanze 20 an der mit 31 bezeichneten Schweisstelle mit dem äusseren Manteilteil 10 der ersten Ummantelung 8 verschweisst. Auf dieser Weise wird Material und Gewicht gespart.
- Ein derartiger Brenner ist sehr flexibel einsetzbar und gegen Beschädigung weitgehend gesichert. Ueber ihn kann jedes Medium an die Stelle gebracht werden, wo es für die Verbrennung benötigt wird. Dabei soll dieser Brenner nicht nur bei Drehtrommelöfen Anwendung finden, sondern ist für den Einsatz in jedem anderen Ofen auch geeignet. Das erfindungsgemässe Verfahren beschreibt die besonderen Vorteile des Einbringens der Brennerluft und der Verbrennungsluft zusammen mit einem Brenner.
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