EP0565814A2 - Brennerlanze zum Zerstäuben einer Kohle-Wasser-Suspension - Google Patents

Brennerlanze zum Zerstäuben einer Kohle-Wasser-Suspension Download PDF

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EP0565814A2
EP0565814A2 EP93100768A EP93100768A EP0565814A2 EP 0565814 A2 EP0565814 A2 EP 0565814A2 EP 93100768 A EP93100768 A EP 93100768A EP 93100768 A EP93100768 A EP 93100768A EP 0565814 A2 EP0565814 A2 EP 0565814A2
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EP
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tube
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burner lance
outer tube
inner tube
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EP0565814A3 (en
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Günther Dehn
Horst Dr. Möllenhoff
Rüdiger Wegelin
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Lurgi Lentjes Babcock Energietechnik GmbH
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Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
Lurgi Lentjes Babcock Energietechnik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/10—Spray pistols; Apparatus for discharge producing a swirling discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/005—Burners for combustion of pulverulent fuel burning a mixture of pulverulent fuel delivered as a slurry, i.e. comprising a carrying liquid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S239/00—Fluid sprinkling, spraying, and diffusing
    • Y10S239/19—Nozzle materials

Definitions

  • the invention relates to a burner lance for atomizing a coal-water suspension using a gaseous atomizing medium according to the preamble of patent claim 1.
  • a known burner lance for atomizing oil or a liquid coal dust suspension contains a nozzle head into which the centrally guided fuel stream and the annular atomizing medium stream enter.
  • a premixing chamber is formed in the nozzle head, followed by a mixing chamber with a narrowest, quantity-determining cross section. In this way, the quantity of the fuel is determined in the free flow of the atomizing medium without the liquid fuel with the solid components contained in it coming into significant contact with the metallic walls within the quantity-determining cross section and leading to wear there.
  • the mixing chamber is followed by a post-mixing chamber provided with a plurality of outlet bores, in which the fuel and the atomizing medium are further mixed to form an emulsion.
  • a burner lance for atomizing a coal-water suspension is known from EP-A-0 182 545, in which a nozzle head is arranged in an outer tube. Bores are provided in the nozzle head through which the centrally supplied fuel flow is branched and deflected in order to convert it into an annular flow.
  • the atomizing medium is also branched and brought together with the suspension from inside and outside. Redirection and branching of liquid solid suspensions are only possible with extremely fine-grained solids.
  • the invention has for its object to design the generic burner lance so that the atomization of a viscous coal-water suspension can be done with simpler means.
  • Such speeds in the media flows can be set in the annular gap and in the nozzle body that uniform atomization of the suspension is achieved with a simple construction of the burner lance.
  • the swirl imposed on the atomizer medium before it hits the suspension increases the atomizer quality.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a burner lance
  • FIG. 2 shows, on an enlarged scale, a longitudinal section through the front end of another burner lance.
  • the burner lance consists of an inner tube 1 which is surrounded by an outer tube 2 at a radial distance.
  • spacers 3 in the form of welded-on sheet metal strips or welding beads are attached to the inner tube 1, which run spirally or obliquely to the longitudinal axis of the inner tube 1. These spacers 3 also serve as swirl bodies. Further build-up welds 4 are applied for spacing on the rear part of the inner tube 1. Between the two tubes 1, 2, an annular gap 5 extends over the entire length of the inner tube 1, the width of which is small compared to the inner diameter of the inner tube 1.
  • the inner tube 1 is connected to a fuel line, not shown, through which a viscous coal-water suspension is fed into the inner tube 1 as fuel.
  • the annular gap 5 is guided up to a feed connector 6, which is arranged in a flange 7 at the rear end of the outer tube 2.
  • a gaseous atomizing medium, preferably air, is introduced into the annular gap 5 through this feed connector 6.
  • the outer tube 2 is surrounded over its entire length by a guide tube 8, which directly into a combustion chamber delimited by a tube wall 19, e.g. a fluidized bed.
  • the guide tube 8 is provided at the rear end with a flange 9 which is screwed to the flange 7 of the outer tube 2.
  • the outer tube 2 is guided closely and can be pulled out of the guide tube 8 after loosening the flange connection.
  • the guide tube 8 and the flange 9 are attached to the tube wall 19.
  • the outer tube 2 extends beyond the inner tube 1 in the longitudinal extent of the burner lance and accommodates a nozzle body 10 in this part.
  • the inner cross section of the nozzle body 10 narrows starting from the inner diameter of the outer tube 2 and forms a cone with a central angle of 35 to 45, preferably 40 ° .
  • the cone goes into a cylindrical, central one arranged outlet opening 11, whose inner diameter should preferably correspond to at least three times the maximum grain size of the fuel.
  • the nozzle body 10 is preferably exchangeably attached to the outer tube 2.
  • the nozzle body 10 is a metallic body 12 which is welded to the outer tube 2 via a weld seam 13.
  • the metallic body 12 of the nozzle body 10 is provided with an erosion-resistant layer 14.
  • the nozzle body 10 consists of a ceramic insert 15, preferably made of SiC or SiC infiltrated with Si.
  • This insert 15 of the nozzle body 10 rests with one of its end faces on an annular shoulder of the outer tube 2 and is provided with a shoulder 16 at the outlet end.
  • a projection 17 of a tube section 18 engages in this shoulder 16 and is welded to the outer tube 2 at the weld seam 13 at the end facing away from the projection 17.
  • the front end of the inner tube 1 consists of a tube piece 20, the end facing away from the nozzle body 10 is stepped and engages telescopically in the correspondingly adapted end piece of the inner tube 1.
  • the pipe section 20 thus sits loosely and without further sealing on the inner pipe 1.
  • the spacers 3 serving as swirl bodies are applied to the outer circumference of the pipe section 20.
  • the spacers 3 are connected via a weld seam 21 to a sleeve 22, which in turn is welded to the pipe section 18 and the outer pipe 2 via the weld seam 13.
  • the pipe section 20 can thus be used concentrically with the outer pipe 2, whereby displacement from the coaxial arrangement is prevented due to the possibility of axial expansion. Such a shift would lead to one-sided erosion on the nozzle body.
  • the gaseous atomizing medium flowing through the narrow annular gap 5 enters the nozzle body 10 at an increased speed as a ring stream and meets the central fuel stream supplied via the inner tube 1 there.
  • the gaseous atomizing medium flowing through the narrow annular gap 5 enters the nozzle body 10 at an increased speed as a ring stream and meets the central fuel stream supplied via the inner tube 1 there.

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Abstract

Eine Brennerlanze zum Zerstäuben einer Kohle-Wasser-Suspension mit Hilfe eines gasförmigen Zerstäubermediums besteht aus einem inneren, die Suspension führenden Rohr (1), aus einem äußeren Rohr (2) und aus einem mit beiden Rohren (1, 2) in Verbindung stehenden Düsenkörper (10). Das äußere Rohr (2) umgibt das innere Rohr (1) unter Bildung eines das Zerstäubermedium führenden Ringspaltes (5), in dem als Drallkörper dienende Abstandshalter (3) angeordnet sind. Das äußere Rohr (2) überragt das innere Rohr (1) in der Längserstreckung der Brennerlanze und nimmt in diesem Teil den Düsenkörper (10) auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des äußeren Rohres (2) entspricht. Der Düsenkörper (10) weist einen Zentriwinkel von 35 bis 45° auf und endet in einer mittigen Austrittsöffnung (11). <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennerlanze zum Zerstäuben einer Kohle-Wasser-Suspension mit Hilfe eines gasförmigen Zerstäubungsmediums gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Eine bekannte, der Zerstäubung von ÖI oder einer flüssigen Kohlenstaubsuspension dienende Brennerlanze (EP-B-0 172 303) enthält einen Düsenkopf, in den der zentral geführte Brennstoffstrom und der ringförmige Zerstäubungsmediumstrom eintreten. In dem Düsenkopf ist ein Vormischraum gebildet, dem ein Einmischraum mit einem engsten, mengenbestimmenden Querschnitt nachgeschaltet ist. Auf diese Weise erfolgt die Mengenbestimmung des Brennstoffes in dem freien Strom des Zerstäubungsmediums, ohne daß der flüssige Brennstoff mit den in ihm enthaltenen festen Bestandteilen mit den metallischen Wänden innerhalb des mengenbestimmenden Querschnittes in nennenswertem Umfang in Berührung kommt und dort zu einem Verschleiß führt. An den Einmischraum schließt sich eine mit mehreren Austrittsbohrungen versehene Nachmischkammer an, in der der Brennstoff und das Zerstäubungsmedium weiter zu einer Emulsion vermischt werden.
  • Aus der EP-A-0 182 545 ist eine Brennerlanze für die Zerstäubung einer Kohle-Wasser-Suspension bekannt, bei der in einem äußeren Rohr ein Düsenkopf angeordnet ist. In dem Düsenkopf sind Bohrungen vorgesehen, durch die der zentral zugeführte Brennstoffstrom verzweigt und umgelenkt wird, um ihn in einen ringförmigen Strom umzuformen. Das Zerstäubungsmedium wird ebenfalls verzweigt und von innen und außen mit der Suspension zusammengebracht. Umlenkungen und Verzweigungen von flüssigen Feststoffsuspensionen sind nur bei extrem feinkörnigen Feststoffen möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Brennerlanze so zu gestalten, daß die Zerstäubung einer zähflüssigen Kohle-Wasser-Suspension mit einfacheren Mitteln erfolgen kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Brennerlanze erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Brennerlanze lassen sich in dem Ringspalt und in dem Düsenkörper solche Geschwindigkeiten in den Medienströmen einstellen, daß bei einem einfachen Aufbau der Brennerlanze eine gleichmäßige Zerstäubung der Suspension erreicht wird. Der dem Zerstäubermedium vor dem Auftreffen auf die Suspension aufgezwungene Drall erhöht die Zerstäuberqualität Der Düsenkörper eignet sich für den Durchsatz einer verhältnismäßig groben Kohle-Wasser-Suspension mit einer maximalen Korngröße von etwa 6 mm.=Dabei ist der Querschnitt der mittigen Austrittsöffnung auf diese maximale Korngröße ausgelegt.
  • Die Anordnung eines Rohrstückes am vorderen Ende des inneren Rohres gemäß den Ansprüchen 2 und 3 verhindert ein Verschieben des inneren Rohres aus der koaxialen Lage als Folge eine Wärmedehnung oder einer Fertigungsungenauigkeit.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Brennerlanze und Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch das vordere Ende einer anderen Brennerlanze.
  • Die Brennerlanze besteht aus einem inneren Rohr 1, das in einem radialen Abstand von einem äußeren Rohr 2 umgeben ist. Um den Abstand einzuhalten, sind auf dem inneren Rohr 1 Abstandshalter 3 in Form von aufgeschweißten Blechstreifen oder Schweißraupen, angebracht, die spiralförmig oder schräg zur Längsachse des inneren Rohres 1 verlaufen. Diese Abstandshalter 3 dienen gleichzeitig als Drallkörper. Weitere Auftragsschweißungen 4 sind zur Abstandshaltung auf dem rückwärtigen Teil des inneren Rohres 1 aufgebracht. Zwischen den beiden Rohren 1, 2 erstreckt sich über die gesamte Länge des inneren Rohres 1 ein Ringspalt 5, dessen Breite im Vergleich zu dem Innendurchmesser des inneren Rohres 1 gering ist.
  • Das innere Rohr 1 ist an eine nicht gezeigte Brennstoffleitung angeschlossen, durch die als Brennstoff eine zähflüssige Kohle-Wasser-Suspension in das innere Rohr 1 eingespeist wird. Der Ringspalt 5 ist bis zu einem Zuführungsstutzen 6 geführt, der in einem Flansch 7 am hinteren Ende des äußeren Rohres 2 angeordnet ist. Durch diesen Zuführungsstutzen 6 wird ein gasförmiges Zerstäubungsmedium, vorzugsweise Luft, in den Ringspalt 5 eingebracht.
  • Das äußere Rohr 2 ist auf seiner gesamten Länge von einem Führungsrohr 8 umgeben, welches direkt in einen durch eine Rohrwand 19 begrenzten Brennraum, z.B. eine Wirbelschicht, führt. Das Führungsrohr 8 ist an dem hinteren Ende mit einem Flansch 9 versehen, der mit dem Flansch 7 des äußeren Rohres 2 verschraubt ist. Das äußere Rohr 2 ist eng geführt und kann nach Lösen der Flanschverbindung aus dem Führungsrohr 8 herausgezogen werden. Das Führungsrohr 8 und der Flansch 9 sind an der Rohrwand 19 befestigt.
  • Das äußere Rohr 2 überragt in der Längserstreckung der Brennerlanze das innere Rohr 1 und nimmt in diesem Teil einen Düsenkörper 10 auf. Der Innenquerschnitt des Düsenkörpers 10 verengt sich ausgehend von dem Innendurchmesser des äußeren Rohres 2 und bildet dabei einen Konus mit einem Zentriwinkel von 35 bis 45, vorzugsweise 40°. Der Konus geht in eine zylindrische, mittig angeordnete Austrittsöffnung 11 über, deren Innendurchmesser vorzugsweise mindestens dem dreifachen Wert der maximalen Korngröße des Brennstoffes entsprechen sollte.
  • Der Düsenkörper 10 ist vorzugsweise auswechselbar an dem äußeren Rohr 2 befestigt. Gemäß Fig. 1 ist der Düsenkörper 10 ein metallischer Körper 12, der über eine Schweißnaht 13 an dem äußeren Rohr 2 angeschweißt ist. Auf der Innenseite ist der metallische Körper 12 des Düsenkörpers 10 mit einer erosionsbeständigen Schicht 14 versehen.
  • Gemäß Fig. 2 besteht der Düsenkörper 10 aus einem keramischen Einsatz 15, vorzugsweise aus SiC oder aus mit Si infiltriertem SiC. Dieser Einsatz 15 des Düsenkörpers 10 liegt mit einer seiner Stirnflächen an einer Ringschulter des äußeren Rohres 2 an und ist an dem austrittsseitigen Ende mit einer Schulter 16 versehen. In diese Schulter 16 greift ein Vorsprung 17 eines Rohrabschnittes 18 ein, der an dem dem Vorsprung 17 abgewandten Ende an der Schweißnaht 13 mit dem äußeren Rohr 2 verschweißt ist.
  • Das vordere Ende des inneren Rohres 1 besteht aus einem Rohrstück 20, dessen dem Düsenkörper 10 abgewandtes Ende abgestuft ist und in das entsprechend angepaßte Endstück des inneren Rohres 1 teleskopartig eingreift. Das Rohrstück 20 sitzt damit locker und ohne weitere Abdichtung auf dem inneren Rohr 1. Auf dem Außenumfang des Rohrstückes 20 sind die als Drallkörper dienenden Abstandshalter 3 aufgebracht. Die Abstandshalter 3 sind über eine Schweißnaht 21 mit einer Hülse 22 verbunden, die ihrerseits über die Schweißnaht 13 an dem Rohrabschnitt 18 und dem äußeren Rohr 2 angeschweißt ist. Das Rohrstück 20 läßt sich damit konzentrisch zu dem äußeren Rohr 2 einsetzen, wobei aufgrund der axialen Dehnmöglichkeit ein Verschieben aus der koaxialen Anordnung verhindert wird. Ein solches verschieben würde zu einseitigen Erosionserscheinungen an dem Düsenkörper führen.
  • Das den engen Ringspalt 5 durchströmende gasförmige Zerstäubungsmedium tritt mit erhöhter Geschwindigkeit als Ringstrom in den Düsenkörper 10 ein und trifft dort auf den zentralen, über das innere Rohr 1 zugeführten Brennstoffstrom. Durch die Abstimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Zerstäubermediums in dem Ringspalt 5 und der Strömungsgeschwindigkeit in dem konischen Teil des Düsenkörpers 10 wird eine gute Zerstäubung der Brennstoffsuspension erreicht. Vor dem Auftreffen auf den aus dem inneren Rohr 1 austretenden Brennstoffstrom wird dem Zerstäubermedium durch die als Drallkörper dienenden Abstandshalter 3 ein Drall aufgezwungen, der die Zerstäuberqualität verbessert.

Claims (5)

1. Brennerlanze zum Zerstäuben einer Kohle-Wasser-Suspension mit Hilfe eines gasförmigen Zerstäubungsmediums, bestehend aus einem inneren, die Suspension führenden Rohr (1), aus einem äußeren, das innere Rohr (1) unter Bildung eines das Zerstäubungsmedium führenden Ringspaltes (5) in einem radialen Abstand umgebenden Rohr (2) und aus einem sich in Fließrichtung der Suspension verengenden, mit dem inneren und dem äußeren Rohr (1, 2) in Verbindung stehenden Düsenkörper (10), wobei das äußere Rohr (2) das innere Rohr (1) in der Längserstreckung der Brennerlanze überragt und in diesem Teil den Düsenkörper (10) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Düsenkörpers (10) dem Innendurchmesser des äußeren Rohres (2) entspricht, daß der Düsenkörper (10) einen Zentriwinkel von 35 bis 45, vorzugsweise 40 aufweist und in einer mittigen Austrittsöffnung (11) endet und daß in dem das Zerstäubermedium führenden Ringspalt ein Drallkörper angeordnet ist.
2. Brennerlanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das vordere Ende des inneren Rohres (1) aus einem Rohrstück (20) besteht, das an dem äußeren Rohr (2) befestigt ist und teleskopartig in das innere Rohr (1) eingreift.
3. Brennerlanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkörper auf dem Außenumfang des Rohrabstückes (20) angeordnet ist und daß das Rohrstück (20) über den Drallköper an dem äußeren Rohr (2) befestigt ist.
4. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (10) auswechselbar an dem äußeren Rohr (2) befestigt ist.
5. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (10) aus Keramik besteht.
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