EP0405294A2 - Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Brennkammer - Google Patents

Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Brennkammer Download PDF

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EP0405294A2
EP0405294A2 EP90111517A EP90111517A EP0405294A2 EP 0405294 A2 EP0405294 A2 EP 0405294A2 EP 90111517 A EP90111517 A EP 90111517A EP 90111517 A EP90111517 A EP 90111517A EP 0405294 A2 EP0405294 A2 EP 0405294A2
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nozzle
nozzles
fuel
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Franz Dipl.-Ing. Giertz
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/32—Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner

Definitions

  • the invention relates to a device for the combustion of fuels in a combustion chamber by means of burners which are arranged in several planes lying parallel to one another tangentially to the combustion chamber axis, a pair of secondary air nozzles being assigned to each burner comprising at least one fuel nozzle and nozzles for supply in the flue gas direction behind the last burner level of additional air are arranged.
  • Such devices for burning fossil fuels and industrial residues in gaseous, liquid or solid form are known.
  • the fuel nozzles are arranged in the corners of a combustion chamber which is rectangular in cross section and are oriented tangentially to a combustion circuit which results in the center of the combustion chamber.
  • Each fuel nozzle is assigned two secondary air nozzles, which are also arranged in the corner of the combustion chamber above and below the fuel nozzle.
  • Fuel and secondary air nozzles can be in several levels, i.e. be arranged one behind the other or one above the other in the longitudinal direction of the combustion chamber.
  • nozzles for supplying additional air are arranged in order to achieve low nitrogen oxide emissions.
  • the invention has for its object the known device for the combustion of fossil fuels and Develop industrial residues in gaseous, liquid or solid form such that these fuels can be burned with low nitrogen oxide emissions without the risk of corrosion of the combustion chamber walls.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the fuel and secondary air nozzles in the surface of the combustion chamber walls are arranged laterally offset to the longitudinal axis of the combustion chamber, that the secondary air nozzles are arranged laterally next to the fuel nozzles in each burner level, that at least one additional air nozzle is assigned to each fuel nozzle , which lies behind the respective fuel nozzle in the direction of the flue gas, and that each fuel nozzle is additionally assigned at least one further secondary air nozzle which is arranged in the region between the combustion chamber wall which is closest to the wall and the secondary air nozzle which is close to the wall.
  • the advantage is achieved that even with extremely substoichiometric operation in the primary flame zone in order to achieve low-nitrogen oxide combustion, which is made possible by the large number of additional nozzles located in all burner levels, the secondary air nozzles arranged laterally to the fuel nozzles prevent the Combustion chamber walls are exposed to a corrosion attack resulting from low-nitrogen oxide combustion, because the secondary air forms a veil that separates the combustion chamber walls from the dangerous smoke gases.
  • the exemplary embodiment shown in the drawing shows a vertical combustion chamber which is formed by four flat combustion chamber walls 1 and - as can be seen from FIG. 2 - has a square combustion chamber cross section.
  • the vertical combustion chamber longitudinal axis 2 is shown in Fig.1. With respect to this combustion chamber longitudinal axis 2, a plurality of burner levels are formed one above the other, two of which can be seen in FIG.
  • each burner level In the exemplary embodiment, four fuel nozzles 3 are arranged in each burner level.
  • the plan view in FIG. 2 shows that these fuel nozzles 3 are oriented in such a way that they run tangentially to a combustion circuit 4 indicated by dash-dotted lines in FIG. Three of the total of four fuel nozzles 3 are only indicated by arrows in FIG.
  • each fuel nozzle 3 To the side of each fuel nozzle 3, two secondary air nozzles 5 are arranged at the same distance, which together with the primary air introduced through the fuel nozzle 3 provide the combustion air necessary for substoichiometric combustion.
  • An additional air nozzle 6 is also arranged behind each fuel nozzle 3 in the flue gas direction, through which tertiary air is supplied.
  • each fuel nozzle 3 is additionally assigned at least one further secondary air nozzle 7, which is arranged in the area between the closest combustion chamber wall 1 and the secondary air nozzle 5 close to the wall.
  • the air emerging from the additional secondary air nozzle 7 forms an air curtain which separates the combustion chamber wall 1 from the dangerous flue gases, so that the combustion chamber walls 1 are not exposed to any corrosion attack even during extremely substoichiometric operation in the primary flame zone.
  • the secondary air nozzles 5 and the additional air nozzles 6 enable a staged air supply and thus a low-carbon x for the NO combustion necessary substoichiometric operating mode in the primary zone of the flame.
  • the nozzles 5 and 6 have the function of stepped air nozzles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Brennkammer mittels Brennern, die in mehreren parallel zueinander liegenden Ebenen tangential zur Brennkammerachse (2) angeordnet sind, wobei jedem mindestens eine Brennstoffdüse (3) umfassenden Brenner ein Paar Sekundärluftdüsen (5) zugeordnet ist und in Rauchgasrichtung hinter der letzten Brennerebene Zusatzluftdüsen (6) angeordnet sind. Um fossile Brennstoffe und industrielle Rückstände in gasförmiger, flüssiger oder fester Form mit niedrigen Stickoxidemissionen verbrennen zu können, ohne daß die Gefahr einer Korrosion der Brennkammerwände (1) auftritt, sind die Brennstoff- und Sekundärluftdüsen (3,5,7) in der Fläche der Brennkammerwände (1) seitlich zur Brennkammerlängsachse (2) versetzt angeordnet. Die Sekundärluftdüsen (5) in jeder Brennerebene sind seitlich neben den Brennstoffdüsen (3) angeordnet. Jeder Brennstoffdüse (3) ist mindestens eine Zusatzluftdüse (6) zugeordnet, die in Rauchgasrichtung hinter der jeweiligen Brennstoffdüse (3) liegt. Weiterhin ist jeder Brennstoffdüse (3) zusätzlich mindestens eine weitere Sekundärluftdüse (7) zugeordnet, die im Bereich zwischen der jeweils am nächsten liegenden Brennkammerwand (1) und der wandnahen Sekundärluftdüse (5) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Brennkammer mittels Brennern, die in mehreren parallel zueinander liegenden Ebenen tangential zur Brennkammerachse angeordnet sind, wobei jedem mindestens eine Brennstoffdüse umfassenden Brenner ein Paar Sekundärluftdüsen zugeordnet ist und in Rauchgasrichtung hinter der letzten Brennerebene Düsen zur Zufuhr von Zusatzluft angeordnet sind.
  • Derartige Vorrichtungen zur Verbrennung fossiler Brennstoffe und industrieller Rückstände in gasförmiger, flüssiger oder fester Form sind bekannt. Bei ihnen sind die Brennstoffdüsen in den Ecken einer im Querschnitt rechteckigen Brennkammer angeordnet und tangential zu einem sich der Mitte der Brenn­kammer ergebenden Brennkreis ausgerichtet. Jeder Brennstoff­düse sind zwei Sekundärluftdüsen zugeordnet, die ebenfalls in der Ecke der Brennkammer oberhalb bzw. unterhalb der Brenn­stoffdüse angeordnet sind. Brennstoff- und Sekundärluftdüsen können in mehreren Ebenen, d.h. in Längsrichtung der Brenn­kammer hintereinander bzw. übereinander angeordnet sein. Hinter der letzten, mit Brennstoffdüsen bestückten Ebene sind schließlich Düsen zur Zufuhr von Zusatzluft angeordnet, um niedrige Stickoxidemissionen zu erreichen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vor­richtung zur Verbrennung von fossilen Brennstoffen und industriellen Rückständen in gasförmiger, flüssiger oder fester Form derart weiterzubilden, daß diese Brennstoffe mit niedrigen Stickoxidemissionen verbrannt werden können, ohne daß die Gefahr einer Korrosion der Brennkammerwände auftritt.
  • Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff- und Sekundärluft­düsen in der Fläche der Brennkammerwände seitlich zur Brenn­kammerlängsachse versetzt angeordnet sind, daß die Sekundär­luftdüsen in jeder Brennerebene seitlich neben den Brennstoff­düsen angeordnet sind, daß jeder Brennstoffdüse mindestens eine Zusatzluftdüse zugeordnet ist, die in Rauchgasrichtung hinter der jeweiligen Brennstoffdüse liegt, und daß jeder Brennstoffdüse zusätzlich mindestens eine weitere Sekundär­luftdüse zugeordnet ist, die im Bereich zwischen der jeweils am nächsten liegenden Brennkammerwand und der wandnahen Sekundärluftdüse angeordnet ist.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen weiterbildung wird der Vorteil erreicht, daß auch bei extrem unterstöchiometrischem Betrieb in der Primärflammenzone zwecks Erzielung der stickoxidarmen Verbrennung, die durch die Vielzahl der in sämtlichen Brenner­ebenen liegenden Zusatzdüsen ermöglicht wird, infolge der seitlich zu den Brennstoffdüsen angeordneten Sekundärluftdüsen verhindert wird, daß die Brennkammerwände einem aus der stick­oxidarmen Verbrennung resultierenen Korrosionsangriff aus­gesetzt werden, weil die Sekundärluft einen Schleier bildet, der die Brennkammerwände von den gefährlichen Rauchgasen trennt.
  • Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungs­gemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:
    • Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Brennkammer mit der erfindungsgemäßen Düsenanordnung und
    • Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch die Brennkammer der Fig.1 gemäß der Schnittlinie II - II in Fig.1.
  • Das auf der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine senkrechtstehende Brennkammer, die durch vier ebene Brennkammerwände 1 gebildet wird und - wie aus Fig.2 ersicht­lich - einen quadratischen Brennkammerquerschnitt aufweist. Die senkrechte Brennkammerlängsachse 2 ist in Fig.1 einge­zeichnet. Bezüglich dieser Brennkammerlängsachse 2 sind über­einanderliegend mehrere Brennerebenen ausgebildet, von denen in Fig.1 zwei zu erkennen sind.
  • In jeder Brennerebene sind beim Ausführungsbeispiel vier Brennstoffdüsen 3 angeordnet. Der Draufsicht in Fig.2 ist zu entnehmen, daß diese Brennstoffdüsen 3 derart ausgerichtet sind, daß sie tangential zu einem in Fig.2 strichpunktiert angedeuteten Brennkreis 4 verlaufen. Drei der insgesamt vier Brennstoffdüsen 3 sind in Fig.2 lediglich durch Pfeile ange­deutet.
  • Seitlich neben jeder Brennstoffdüse 3 sind im gleichen Abstand zwei Sekundärluftdüsen 5 angeordnet, welche zusammen mit der durch die Brennstoffdüse 3 eingeleiteten Primärluft die zu einer unterstöchiometrischen Verbrennung notwendige Ver­brennungsluft bereitstellen. In Rauchgasrichtung hinter jeder Brennstoffdüse 3 ist weiterhin eine Zusatzluftdüse 6 ange­ordnet, durch die Tertiärluft zugeführt wird.
  • In Fig.1 ist zu erkennen, daß die aus den Düsen 3, 5 und 6 bestehende Düsenanordnung seitlich zur Brennkammerlängsachse 2 versetzt in der Fläche der jeweiligen Brennkammerwand 1 ange­ordnet ist. Um zu verhindern, daß die Brennkammerwände 1 einem aus der stickoxidarmen Verbrennung resultierenden Korrosions­angriff ausgesetzt werden, ist jeder Brennstoffdüse 3 zusätz­lich mindestens eine weitere Sekundärluftdüse 7 zugeordnet, die im Bereich zwischen der jeweils am nächsten liegenden Brennkammerwand 1 und der wandnahen Sekundärluftdüse 5 ange­ordnet ist. Im Zusammenwirken mit dieser Sekundärluftdüse 5 bildet die aus der zusätzlichen Sekundärluftdüse 7 austretende Luft einen Luftschleier, der die Brennkammerwand 1 von den gefährlichen Rauchgasen trennt, so daß auch bei einem extrem unterstöchiometrischen Betrieb in der Primärflammenzone die Brennkammerwände 1 keinem Korrosionsangriff ausgesetzt werden. Die Sekundärluftdüsen 5 und die Zusatzluftdüsen 6 ermöglichen eine gestufte Luftzuführung und somit eine für die NOx-arme Verbrennung notwendige unterstöchiometrische Fahrweise in der Primärzone der Flamme. Die Düsen 5 und 6 haben dabei die Funk­tion von Stufenluftdüsen.
  • Mit der voranstehend beschriebenen Düsenanordnung können fossile Brennstoffe und industrielle Rückstände in gas­förmiger, flüssiger oder fester Form mit niedrigen Stickoxid­emissionen verbrannt werden, wobei die Zahl der übereinander­liegenden Brennerebenen ebenso variabel ist wie die Zahl der in einer Brennerebene angeordneten Brennstoff- und Sekundär­luftdüsen 3 bzw. 5,7. Es ist ohne weiteres möglich, die Düsen nur in gegenüberliegenden Brennkammerwänden 1 anzuordnen, also abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig.2 pro Brennerebene nur zwei Brennstoffdüsen 3 mit zugehörigen Sekundärluftdüsen 5 und 7 vorzusehen. Andererseits ist es auch möglich, sogenannte Doppelbrenner vorzusehen, bei denen anstelle einer einzigen Brennstoffdüse 3 zwei Brennstoffdüsen angeordnet sind, die in derselben Brennerebene nebeneinanderliegen und zwischen denen jeweils zwei Sekundärluftdüsen 5 angeordnet sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Brennkammerwand
    • 2 Brennkammerlängsachse
    • 3 Brennstoffdüse
    • 4 Brennkreis
    • 5 Sekundärluftdüse
    • 6 Zusatzluftdüse
    • 7 zusätzliche Sekundärluftdüse

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Brenn­kammer mittels Brennern, die in mehreren parallel zueinander liegenden Ebenen tangential zur Brennkammerachse angeordnet sind, wobei jedem mindestens eine Brennstoffdüse umfassenden Brenner ein Paar Sekundärluftdüsen zugeordnet ist und in Rauchgasrichtung hinter der letzten Brennerebene Düsen zur Zu­fuhr von Zusatzluft angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstoff- und Sekundärluftdüsen (3,5,7) in der Fläche der Brennkammerwände (1) seitlich zur Brennkammerlängs­achse (2) versetzt angeordnet sind,
daß die Sekundärluftdüsen (5) in jeder Brennerebene seitlich neben den Brennstoffdüsen (3) angeordnet sind,
daß jeder Brennstoffdüse (3) mindestens eine Zusatzluftdüse (6) zugeordnet ist, die in Rauchgasrichtung hinter der jeweiligen Brennstoffdüse (3) liegt,
und daß jeder Brennstoffdüse (3) zusätzlich mindestens eine weitere Sekundärluftdüse (7) zugeordnet ist, die im Bereich zwischen der jeweils am nächsten liegenden Brennkammerwand (1) und der wandnahen Sekundärluftdüse (5) angeordnet ist.
EP19900111517 1989-06-24 1990-06-19 Device for combustion fuels in a combustion chamber Withdrawn EP0405294A3 (en)

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DE19893920798 DE3920798A1 (de) 1989-06-24 1989-06-24 Vorrichtung zur verbrennung von brennstoffen in einer brennkammer
DE3920798 1989-06-24

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