EP1007882A1 - Ummantelung für brennerlanze - Google Patents

Ummantelung für brennerlanze

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EP1007882A1
EP1007882A1 EP98945147A EP98945147A EP1007882A1 EP 1007882 A1 EP1007882 A1 EP 1007882A1 EP 98945147 A EP98945147 A EP 98945147A EP 98945147 A EP98945147 A EP 98945147A EP 1007882 A1 EP1007882 A1 EP 1007882A1
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EP
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rings
segments
outer tube
burner lance
lance according
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Peter KÜNNE
Hellmut Arnold
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Magotteaux International SA
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Magotteaux International SA
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/76—Protecting flame and burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2214/00—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00018—Means for protecting parts of the burner, e.g. ceramic lining outside of the flame tube

Definitions

  • the invention relates to a burner lance, in particular for rotary horns made of several concentric tubes for guiding cooling air, combustion air and fuel, nozzles at the flame-side end and a refractory jacket of the outer tube, as described, for example, in DE-Z .:
  • E. Steinbiß multi-jet burner for the special requirements for coal dust combustion "m cement-lime gypsum (35th year) No. 5/1982, pp. 250 to 252, is described.
  • a burner with concentric tubes for guiding cooling air, combustion air and fuel, in which the outer tube is surrounded by a refractory coating which is anchored to the outer tube, is known from US Pat. No. 4,614,159.
  • jacket nozzles for rotary kilns from a tubular hollow body provided with at least one nozzle opening at its free end and penetrating the furnace jacket it is known according to German Utility Model 72 43 054 to provide the hollow body with a tubular, ceramic jacket in the form of a hollow tube, with between the tubular hollow body and the hollow tube spacers are arranged for setting a coaxial distance.
  • Such burner lances in rotary kilns are used for burning cement clinker and lime or for burning and sintering dolomite, magnesite, phosphate or pigments, for annealing diatomaceous earth and for thermal treatment of other raw materials.
  • the burner lances used in such rotary kilns are subject to high thermal and mechanical stress, which is greatest at the flame-side end of the burner lance.
  • the burner lances protrude freely over a length of up to currently 12 mm from the rotary horns and are exposed to a hot and chemically and mechanically aggressive atmosphere.
  • Burner lance is fed in the concentric tubes of combustion air as cooling air or additional cooling air, while the outer tube is provided on its outside with a fire-resistant casing, which usually consists of a refractory ramming compound attached to the anchors of the outer tube. Because of the particularly high stress at the flame-side end of the burner lance, the refractory casing is usually designed to thicken conically towards the flame-side end.
  • the refractory casing begins to erode after a short period of operation and to crack due to cracking, so that the furnace operation must be interrupted in order to replace the damaged burner lance with a new burner lance.
  • the invention is therefore based on the problem of improving the burner lances so that a longer operating period can be achieved without interrupting the furnace operation.
  • the radial anchor elements for the are arranged between the refractory casing and the outer tube, which surrounds rings or segments at a distance have fireproof casing, wherein in the space between the rings or segments and the outer tube open radial openings in the outer tube, through the cooling air from the inside of the outer tube m the space between the rings or segments is guided.
  • the rings or segments with their radial anchor elements take on a temperature that lies between that of the outer tube and the outer surface of the refractory casing. This results in lower differences in elongation between the rings or segments and the refractory casing, so that the risk of cracking and chipping is reduced. Furthermore, it is possible to continue operation after parts of the casing have flaked off, since the cooled rings or segments still provide adequate thermal protection.
  • the space between the rings or segments and the outer tube serves to guide cooling air to the flame-side end of the burner lance, the number of openings in the outer tube and the length of the area on which the openings are arranged, depending on the length of the burner lance and the raw materials processed in the rotary kiln and the furnace temperature are to be determined, on the one hand to ensure the passage of a sufficient amount of cooling air, on the other hand to keep the losses from the cooling air low and not to cool the rings or segments on their inside too much.
  • the rings or segments on their inner side facing the outer tube can have regularly distributed projections as spacers with respect to the outer surface of the outer tube, as a result of which there is only a point of contact results.
  • the anchor elements can preferably be arranged in a honeycomb shape on the rings or segments, radially in the direction of Sheathing broadening ribs exist.
  • the fireproof sheathing can be introduced into the honeycombs as ramming compound and applied with a thickness such that sufficient coverage of the ribs is achieved. Due to the radially widening ribs, the honeycomb cuts result in the honeycombs, which ensure that the refractory casing is held securely.
  • the high-temperature-resistant cast alloy can preferably have a temperature expansion coefficient corresponding to the refractory jacket.
  • adjacent rings in the joint area can interlock like a sleeve.
  • segments are used rather than complete rings, these can be screwed to the outer tube and also interlock like a sleeve in the joint area.
  • Anchor rods possibly in addition to the anchor elements in the form of cast-on ribs, can preferably be welded to the rings or segments.
  • Fig. 1 shows a cross section through an inventive dimension
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through a burner lance according to the invention in the region of the flame-side end.
  • Fig. 3 is a detailed view of honeycomb ribs for holding a refractory casing.
  • burner lance one is generally designated by the reference numeral 1 marked burner lance is shown, of which only an outer tube 2, but not other, concentrically arranged tubes and no nozzles are shown at the flame end, since these elements are not essential to the invention.
  • the outer tube 2 is encompassed by rings 4, which have on their inside projections 6, which serve as spacers with respect to the outer surface of the outer tube 2, so that a distance 5 m is formed in the form of a free space, in the cooling air through radial bores 8 in outer tube 2 can enter and flow to the flame side end of the burner lance 1. Due to the arrangement of the spacers 6 there is an exclusively point-like contact between the rings 4 and the outer tube 2, whereby the heat transfer through conduction between the outer tube 2 and the rings 4 is reduced.
  • a sleeve-like extension 12 is arranged which engages over a corresponding area of the adjacent ring 4.
  • Radial anchor elements 7 in the form of ribs are arranged on the outer surface of the rings 4, which are arranged like a honeycomb and thus form honeycomb openings 10 between them.
  • the ribs 7 widen radially to a widened head 9, so that the honeycombs 10 form undercuts radially inward, which ensure a secure hold for a refractory casing 3 shown as ramming compound in FIG.
  • the rings 4 are preferably made of a heat-resistant cast alloy and have a coefficient of thermal expansion that comes as close as possible to that of the refractory casing. Additional anchor rods 11 can be arranged within the honeycomb 10, which can be welded to the rings and branch if necessary, so that the edge regions of the refractory casing 3 are also held securely.
  • the rings 4 and the radial bores 8 can extend over a more or less large length region of the burner lance 1, starting from the flame-side end, the number and the diameter of the Radial bores 8 and the width of the free space 5 can be chosen so that the required cooling of the rings 4 is ensured without excessive loss of cooling air.
  • these rings can also be divided into segments which are screwed to the outer tube 2, for example. This division can be advantageous if the diameter of the outer tube 2 of the burner lance becomes very large.

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Description

UMMANTELUNG FÜR BRENNERLANZE
Die Erfindung betrifft eine Brennerlanze, insbesondere für Drehronrofen aus mehreren konzentrischen Rohren zur Fuhrung von Kuhlluft, Verbrennungsluft und Brennstoff, Düsen am flammenseitigen Ende und einer feuerfesten Ummantelung des äußeren Rohres, wie sie beispielsweise in der DE-Z.: E. Steinbiß "Mehrstrahlbrenner für die besonderen Anforderungen bei Kohlenstaubfeuerungen" m Zement-Kalk-Gips (35. Jahrgang) Nr. 5/ 1982, S. 250 bis 252, beschrieben ist.
Ein Brenner mir Konzentrischen Rohren zur Fuhrung von Kuhlluft, Verbrennungsluft und Brennstoff, bei dem das äußere Rohr von einer feuerfesten Beschichtung umgeben ist, die mittels Ankern auf dem äußeren Rohr befestigt ist, ist aus der US-PS 4 614 159 bekannt.
Bei Manteldusen für Drehrohrofen aus einem an seinem freien Ende mit mindestens einer Dusenoffnung versehenen, den Ofenmantel durchdringenden, rohrartigen Hohlkörper ist es gemäß der deutschen Gebrauchsmusterschrift 72 43 054 bekannt, den Hohlkörper mit einer rohrartigen, keramischen Ummantelung m Form eines Hullrohrs zu versehen, wobei zwischen dem rohrartigen Hohlkörper und dem Hullrohr Abstandshalter zur Einstellung eines koaxialen Abstandes angeordnet sind.
Derartige Brennerlanzen m Drehrohrofen werden zum Brennen von Zementklιnκer und Kalk oder zum Brennen und Sintern von Dolomit, Magnesit, Phosphat oder Pigmenten, zum Glühen von Kieselgur und zur thermischen Behandlung sonstiger Rohstoffe eingesetzt. Die in derartigen Drehrohrofen eingesetzten Brennerlanzen unterliegen einer hohen thermischen und mechanischen Beanspruchung, die am flammenseitigen Ende der Brennerlanze am größten ist. Die Brennerlanzen ragen frei tragend über eine Lange von bis zu derzeit 12 m m den Drehronrofen mnem und sind einer heißen und chemisch sowie mechanisch aggressiven Atmosphäre ausgesetzt. Zum Schutz der Brennerlanze wird in den konzentrischen Rohren Verbrennungsluft als Kuhlluft oder zusätzliche Kuhlluft gefuhrt, wahrend das äußere Rohr auf seiner Außenseite mit einer feuerfesten Ummantelung versehen ist, die m der Regel aus einer an Ankern des äußeren Rohres befestigten, feuerfesten Stampfmasse besteht. Wegen der besonders hohen Beanspruchung am flammenseitigen Ende der Brennerlanze wird die feuerfeste Ummantelung in der Regel zum flammenseitigen Ende hin sich konisch verdickend ausgeführt.
Aufgrund der Temperaturunterschiede zwischen dem Inneren der Brennerlanze und der Ofenatmosphare und der
Temperaturunterschiede in der Ofenatmosphare vom Ofenkopf bis hin zum flammenseitigen Ende der Brennerianze sowie aufgrund der mechanischen und chemischen Beanspruchung der feuerfesten Ummantelung am Ofenkopf, in den die zu brennenden, zu sinternden, zu glühenden oder anderweitig thermisch zu behandelnden Rohstoffe angeführt werden, beginnt die feuerfeste Ummantelung nach kurzer Zeit des Betriebs zu erodieren und aufgrund von Rißbildung abzuplatzen, so daß der Ofenbetrieb unterbrochen werden muß, um die beschädigte Brennerlanze gegen eine neue Brennerlanze auszutauschen.
Selbst wenn ein solcher Austausch nur einige Stunden dauert, ist damit bereits ein erheblicher Verlust verbunden, wenn man in Betracht zieht, daß die größten Drehrohrofenanlagen heutzutage eine Tagesproduktion von bis zu 9.000 t Klinker erreichen können.
Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, die Brennerlanzen so zu verbessern, daß mit ihnen eine längere Betriebsperiode ohne Unterbrechung des Ofenbetriebes erreichbar ist.
Ausgehend von dieser Problemstellung wird bei einer Brennerlanze der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemaß zwischen der feuerfesten Ummantelung und dem äußeren Rohr, dieses mit Abstand umgreifende Ringe oder Segmente angeordnet sind, die radiale Ankerelemente für die feuerfeste Ummantelung aufweisen, wobei in den Raum zwischen den Ringen oder Segmenten und dem äußeren Rohr Radialoffnungen im äußeren Rohr munden, durch die Kuhlluft vom Inneren des äußeren Rohrs m den Raum zwischen den Ringen oder Segmenten gefuhrt wird.
Die Ringe bzw. Segmente mit ihren radialen Ankerelementen nehmen eine Temperatur an, die zwischen der des äußeren Rohres und der Außenoberflache der feuerfesten Ummantelung liegt. Hierdurch ergeben sich geringere Dehnungsunterschiede zwischen den Ringen bzw. Segmenten und der feuerfesten Ummantelung, so daß die Gefahr der Rißbildung und des Abplatzens verringert wird. Des weiteren ist es möglich, den Betrieb nach Abplatzen von Teilen der Ummantelung fortzusetzen, da die gekühlten Ringe bzw. Segmente noch einen ausreichenden Warmeschutz bilden.
Der Raum zwischen den Ringen oder Segmenten und dem äußeren Rohr dient zur Fuhrung von Kühlluft bis zum flammenseitigen Ende der Brennerlanze hin, wobei die Anzahl der Offnungen im äußeren Rohr und der Langenbereich, auf dem die Offnungen angeordnet sind, in Abhängigkeit von der Lange der Brennerlanze und den im Drehrohrofen verarbeiteten Rohstoffen sowie der Ofentemperatur zu bestimmen sind, um einerseits den Durchtritt einer ausreichenden Kuhlluftmenge zu gewahrleisten, andererseits jedoch die Verluste durch die Kuhlluft gering zu halten und die Ringe bzw. Segmente an ihrer Innenseite nicht zu stark abzukühlen.
Um den Wärmeübergang zwischen dem äußeren Rohr und den Ringen bzw. Segmenten so gering wie möglich zu halten, können die Ringe oder Segmente auf ihrer dem äußeren Rohr zugekehrten Innenseite regelmäßig verteilte Vorsprunge als Abstandshalter gegenüber der Außenflache des Außenrohrs aufweisen, wodurch sich nur eine punktweise Berührung ergibt.
Zur sicneren Halterung der feuerfesten Ummantelung können die Ankerelemente vorzugsweise aus wabenformig auf den Ringen oder Segmenten angeordneten, sich radial m Richtung der Ummantelung verbreiternden Rippen bestehen. Die feuerfeste Ummantelung kann als Stampfmasse m die Waben eingebracht und mit einer solchen Dicke auftragen werden, daß eine genugende Uberdeckung der Rippen erreicht wird. Durch die sich radial verbreiternden Rippen ergeben sich m den Waben Hmterschneidungen, die eine sichere Halterung der feuerfesten Ummantelung gewährleisten.
Vorzugsweise kann die hochtemperaturfeste Gußlegierung einen der feuerfesten Ummantelung entsprechenden Temperaturausdehnungskoefflzienten aufweisen.
Um einen sicheren Halt der Ringe auf dem Außenrohr zu gewährleisten, können benachbarte Ringe im Stoßbereich muffenartig ineinandergreifen.
Werden nicht vollständige Ringe, sondern Segmente verwendet, können diese mit dem Außenrohr verschraubt sein und im Stoßbereich ebenfalls muffenartig ineinandergreifen.
An den Ringen oder Segmenten können Ankerstabe, ggf. zusätzlich zu den Ankerelementen m Form von angegossenen Rippen befestigt, vorzugsweise angeschweißt sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer, m der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfmdungsgemaße
Brennerlanze und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfmdungsgemaße Brennerlanze im Bereich des flammenseitigen Endes.
Fig. 3 eine Detailansicht von wabenartigen Rippen zum Halten einer feuerfesten Ummantelung.
In Fig. 1 und 2 ist eine allgemein mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnete Brennerlanze dargestellt, von der nur ein äußeres Rohr 2, nicht jedoch weitere, konzentrisch darin angeordnete Rohre und auch keine Düsen am flammenseitigen Ende dargestellt sind, da diese Elemente für die Erfindung unwesentlich sind.
Das äußere Rohr 2 wird von Ringen 4 umgriffen, die an ihrer Innenseite Vorsprunge 6 aufweisen, die als Abstandshalter gegenüber der Außenoberflache des äußeren Rohres 2 dienen, so daß ein Abstand 5 m Form eines freien Raumes gebildet wird, in den Kuhlluft durch Radialbohrungen 8 im äußeren Rohr 2 eintreten und zum flammenseitigen Ende der Brennerlanze 1 strömen kann. Aufgrund der Anordnung der Abstandshalter 6 ergibt sich eine ausschließlich punktformige Berührung zwischen den Ringen 4 und dem äußeren Rohr 2, wodurch der Wärmeübergang durch Leitung zwischen dem äußeren Rohr 2 und den Ringen 4 verringert wird.
In einem Stoßbereich 13 zwischen benachbarten Ringen 4 ist ein muffenartiger Ansatz 12 angeordnet, der einen entsprechenden Bereich des benachbarten Ringes 4 bergreift.
Auf der Außenoberflache der Ringe 4 sind radiale Ankerelemente 7 in Form von Rippen angeordnet, die wabenartig angeordnet sind und somit zwischen sich Wabenoffnungen 10 bilden. Die Rippen 7 verbreitern sich radial zu einem verbreiterten Kopf 9, so daß die Waben 10 radial nach innen Hinterschneidungen bilden, die für eine m Fig. 1 als Stampfmasse dargestellte feuerfeste Ummantelung 3 einen sicheren Halt gewährleisten.
Die Ringe 4 bestehen vorzugsweise aus einer hochhitzebestandigen Gußlegierung und weisen einen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, der dem der feuerfesten Ummantelung möglichst nahe kommt. Innerhalb der Waben 10 können zusätzliche Ankerstabe 11 angeordnet sein, die an die Ringe angeschweißt sein können und sich ggf. verzweigen, so daß auch die Randbereiche der feuerfesten Ummantelung 3 sicher gehalten werden. Je nach Lange der Brennerlanze 1 sowie der Temperatur und der Art der thermisch zu behandelnden Rohstoffe können sich die Ringe 4 und die Radialbohrungen 8 über einen mehr oder weniger großen Langenbereich der Brennerlanze 1, ausgehend vom flammenseitigen Ende erstrecken, wobei die Anzahl und der Durchmesser der Radialbohrungen 8 und die Breite des freien Raums 5 so gewählt werden, daß ohne übergroßen Verlust an Kuhlluft die erforderliche Kühlung der Ringe 4 gewährleistet ist.
Statt um das äußere Rohr 2 vollständige Ringe 4 herum zu legen, können diese Ringe auch in Segmente unterteilt sein, die mit dem äußeren Rohr 2 beispielsweise verschraubt werden. Diese Unterteilung kann vorteilhaft sein, wenn der Durchmesser des äußeren Rohrs 2 der Brennerlanze sehr groß wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Brennerlanze, insbesondere für Drehrohrofen, aus
- mehreren konzentrischen Rohren zur Fuhrung von Kuhlluft, Verbrennungsluft und Brennstoff,
- Düsen am flammenseitigen Ende,
- einer feuerfesten Ummantelung (3) des äußeren Rohres (2),
- zwischen der feuerfesten Ummantelung (3) und dem äußeren Rohr (2) angeordneten, das äußere Rohr (2) mit Abstand (5) umgreifenden Ringen (4) oder Segmenten,
- radialen Ankerelementen (7) an den Ringen (4) oder Segmenten für die feuerfeste Ummantelung (3) und
- m den Raum (5) zwischen den Ringen (4) oder Segmenten und dem äußeren Rohr (2) mundenden Radialoffnungen (8) im äußeren Rohr (2) zur Kuhlluftzufuhr in den Raum (5) .
2. Brennerlanze nach Anspruch 1, bei der die Ringe (4) oder Segmente auf ihrer dem äußeren Rohr (2) zugekehrten Innenseite regelmäßig verteilte Vorsprunge (6) als Abstandshalter gegenüber der Außenflache des äußeren Rohrs (2) aufweisen.
3. Brennerlanze nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ankerelemente (7) aus wabenformig auf den Ringen (4) oder Segmenten angeordneten Rippen (7) bestehen.
4. Brennerlanze nach Anspruch 3, bei der sich die Rippen (7) radial m Richtung der Ummantelung verbreitern.
5. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der benachbarte Ringe (4) im Stoßbereich (13) muffenartig ineinander greifen.
6. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Ringe (4) oder Segmente aus einer hochtemperaturfesten Gußlegierung bestehen.
7. Brennerlanze nach Anspruch 6, bei der die Gußlegierung einen der feuerfesten Ummantelung entsprechenden Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist .
8. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der an der Außenoberfläche der Ringe (4) oder Segmente Ankerstäbe (11) befestigt, vorzugsweise angeschweißt sind.
EP98945147A 1997-08-27 1998-08-05 Ummantelung für brennerlanze Expired - Lifetime EP1007882B1 (de)

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DE19737303 1997-08-27
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