EP3026339A1 - Solid fuel burner - Google Patents

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EP3026339A1
EP3026339A1 EP14195218.4A EP14195218A EP3026339A1 EP 3026339 A1 EP3026339 A1 EP 3026339A1 EP 14195218 A EP14195218 A EP 14195218A EP 3026339 A1 EP3026339 A1 EP 3026339A1
Authority
EP
European Patent Office
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combustion air
muffle
burner
air supply
load
Prior art date
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Application number
EP14195218.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3026339B1 (en
Inventor
Andre Bätz
Steven Maclean
Joel Maia
Tais Mazza
Holger Dr. Wulfert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Loesche GmbH
Original Assignee
Loesche GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to RU2017108689A priority patent/RU2665375C1/en
Priority to PCT/EP2015/077060 priority patent/WO2016083225A1/en
Publication of EP3026339A1 publication Critical patent/EP3026339A1/en
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Publication of EP3026339B1 publication Critical patent/EP3026339B1/en
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/04Burners producing cylindrical flames without centrifugal action
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus

Definitions

  • the invention relates to a solid fuel-fired burner with a fuel supply by means of conveying air, with a burner muffle and with at least one combustion air supply.
  • Such solids-fired burners are used, for example, in a hot gas generator in process plants.
  • a hot gas generator in process plants.
  • Examples include grinding plants for grinding coal, cement clinker, granulated blastfurnace, raw meal or other moist, especially mineral, to be shredded materials.
  • lignite or hard coal fired hot gas generators are used.
  • Generic burners can also be used in other firing systems such as for waste heat boiler for steam generation.
  • solid fuels can be, for example, rock or lignite dust, biomass dust or mixtures thereof.
  • a generic burner is for example from the DE 197 06 077 A1 known.
  • solid which is crushed and called fuel dust is pneumatically conveyed into a combustion chamber and burned by supplying combustion air.
  • the burner On the output side, the burner is a burner muffle, a supply for the gas to be heated and a mixing part is provided, which is then arranged on the burner muffle.
  • Another burner is out of the DE 102 32 373 A1 known, which is a further development of the burner DE 197 25 613 A1 for firing with solids represents. This type of burner is also referred to by the manufacturer as a pulse burner.
  • pulverized coal is transported with a gaseous carrier medium, which may preferably be air, and blown into a reaction space by means of an injection lance.
  • the injection lance leads from the burner head to the point of the largest diameter of the conical reaction space and has a deflection hood at the outlet end.
  • the combustion air is supplied via a radial blade grid at the head end of the reaction space.
  • the blade grid and part of the reaction space are surrounded by an air collecting housing in which the combustion air is to be calmed and from which the combustion air is to reach the reaction space via the blade grid. Due to its flow pattern, the burner generates a large range of turbulent fluctuation movements. As a result, the burner dust after its exit from the Umlenkhaube to the air guide vane, which is provided in the region of the burner head, transported back and heated by a swirling helical flame to about 1,000 ° C and ignited. The flame jet itself has a very strong impulse and produces a very fast recirculation of the gas. In the further development, the main focus was on increasing the flame stability and the flame jet speed.
  • Hot gas generators are used, for example, in grinding mills in the grinding of coal to produce hot process gas.
  • the ground coal can be used for example in coal gasification or pig iron or steel production in the PCI process (Pulverized Coal Injection).
  • the necessary control ranges of the burner or of the hot gas generator are determined by the parameters of the following heat-consuming systems. This consumption depends in particular on the sometimes highly fluctuating moisture of the material to be ground and dried, the necessary throughput of the heat-consuming apparatus, in this case the grinding unit, and the ambient temperature.
  • the possible minimum and maximum throughput of such a roller mill is between 40% and 100%. This means that the mill has a control ratio of 1: 2.5.
  • the solid fuel burners To replace the known oil or gas fired burners with solid fuel burners, the solid fuel burners must achieve a control ratio of 1: 8 to 1:10.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a solid-fueled burner and a method for its operation, which achieves a high control ratio of 1: 8 or higher.
  • the generic solid-fueled burner is further developed in that the burner muffle is subdivided into a main-load muffle and a partial-load muffle, wherein the partial-load muffle covers 5% to 10% of the volume of the main muffle having.
  • the part-load muffle itself is essentially conical with a rotationally symmetrical basic shape, which has an axis of rotation.
  • the main load muff in turn, likewise has a rotationally symmetrical basic shape with an axis of rotation.
  • the axis of rotation of the main muffle and the axis of rotation of the part load muffle are in extension to each other. In other words, this can also be a single axis of rotation.
  • the main muffle is provided immediately after the part load muffle.
  • the invention is based on the finding that generic burners are usually designed only for one operating point, usually at 100% burner power. If now such a dimensioned burner driven with a lower load, so both the amount of combustion air supplied and the amount of fuel supplied is reduced. It has been found that from about 30% to 40% of the maximum load on a burner optimized for maximum load, the speeds at the burner head are so low that proper self-sustaining combustion can no longer be maintained and the burner fails, because the flame collapses. This is due to the fact that the flow rates of the combustion air and the fuel are very low, so that there is no sufficient mixing of the combustion air with the pulverized fuel and on the other hand that the supporting effect of the burner muffle is eliminated, since the flame far away from this. In addition, this plays an inadequate coordination of the combustion air-fuel ratio into it.
  • the burner muffle is subdivided into a main-load muffle and a partial-load muffle.
  • the part load muffle has a much smaller volume than the main load muffle. This results in the advantage that, if the burner is operated with, for example, only 20% of its maximum power, the flame can withdraw into the part load muffle and since it has a smaller volume, yet can be supported by the muffle wall. Due to the smaller volume and the outflow velocities of the combustion air and the fuel are sufficient so that the flame does not go out.
  • the burner is in full load operation or driven close to it, the flame of the burner can extend from the partial load muffle to the main muffle and occupy the entire space in the burner muffle, which is also referred to as the reaction space.
  • the part of the flame which is outside the part load muffle is supported by the main load muffle.
  • the burner head ie the area in which at least the fuel is supplied to the burner muffle or the combustion chamber, is located near or at the beginning of the partial load muffle.
  • the burner muffle consists of a small-volume part-load muffle, which widens in the direction of the burner mouth and converts to the bulky main muffle. This can be achieved, for example, in the form of two cylinders or cone-like structures arranged concentrically on the same axis of rotation, wherein a transition from the partial load muffle to the main load muffle is provided substantially in the radial direction.
  • combustion air supply is carried out at least three parts.
  • a first combustion air supply and a second combustion air supply for supplying combustion air are formed in the partial load muffle.
  • a third combustion air supply is provided for supplying combustion air into the main load muffle.
  • the combustion air supply By dividing the combustion air supply into different partial flows, a good and targeted combustion of the fuel can be achieved, as targeted a certain ratio of the combustion air to the fuel can be maintained.
  • the burner is operated only with 30% of its maximum load, and the burner flame is located substantially in the part load muffle, are also supplied via the different combustion air supply the combustion air mainly in the part load muffle.
  • This serves on the one hand for a good mixing of the fuel with the combustion air, which in turn enables efficient combustion and, on the other hand, prevents a collapse of the flame.
  • Another advantage of the division is that the individual feeds of the combustion air supply are each smaller. As a result, the combustion air supplies are operated at higher flow rates, which positively influences the stability of the flame.
  • solid fuel burners are generally operated at a lambda value between 1.4 and 2.0.
  • the quantities of combustion air both locally and temporally, must be adapted differently to the pulverulent fuel as a function of the thermal heat output.
  • This local and temporal supply of combustion air can be achieved by the use of the division of the combustion air supply according to the invention
  • the burner according to the invention is operated in part-load operation, for example at 30% of the maximum load, it must be ensured that the required lambda value is present in the region of the flame.
  • This can in turn be achieved by keeping the volume flow of the combustion air for the third combustion air supply relatively low and directing the majority of the combustion air via the first and / or second combustion air supply directly into the partial load muffle, since in this operating state the flame is substantially in the part load muffle is located. In other words, a large part of the combustion air is conducted into the part-load muffle.
  • the first and the second combustion air supply can be arranged arbitrarily in the region of the partial load muffle. It is advantageous if the first combustion air supply and the second combustion air supply are designed as an annular gap around the axis of rotation, wherein the first combustion air supply is provided closer to the axis of rotation than the second combustion air supply.
  • the combustion air can be injected well and evenly into the partial load muffle. Assuming that the fuel is injected relatively close to the axis of rotation, it turns out that way also a good mixing of the combustion air with the fuel. On the other hand, this provides the fuel with a sufficient amount of combustion air for combustion.
  • a further advantage of this arrangement - the first combustion air feed closer to the axis of rotation than the second combustion air feed - is that the principle which has already been described with respect to the main load muffle and the partial load muffle is also continued here. If the burner is operated at the lower end of its power range, for example at 10% of the maximum power, the required combustion air tends to be supplied by the first combustion air supply, which is closer to the axis of rotation, since in this operating state the flame is also smaller , However, if the burner is operated at 30% or 80% of its maximum load, combustion air can also be introduced into the part-load muffle through the second combustion air feed, resulting in sufficient combustion air supply for the corresponding load conditions.
  • the ratio of the exit cross-sectional areas of the combustion air of the first combustion air supply to the exit cross-sectional areas of the combustion air of the second combustion air supply is 1: 8 to 1:10. This means that the outlet cross-sectional areas of the first combustion air supply are made smaller than those of the second combustion air supply. This in turn makes it possible that the volume flow at assumed equal exit velocity of the combustion air of the first combustion air supply is less than the second combustion air supply. This in turn ensures that the flame is optimally supported and sufficient combustion air can be made available depending on the load condition of the burner.
  • the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the third combustion air supply can be made arbitrarily large.
  • the ratio of the sum of the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the first combustion air supply and the second combustion air supply to the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the third combustion air supply is 1: 7 to 1:11.
  • the dimensioning of the outlet cross-sectional areas is such that, assuming an same flow rate through the outlet cross-sectional areas of the third combustion air supply, which conduct combustion air into the main muffle, significantly more combustion air can be supplied as by the two combustion air supply lines, which conduct combustion air into the part load muffle.
  • the second and / or the third combustion air supply in each case two or more independent combustion air feeds are executed with independent cross-sections.
  • This is particularly advantageous for burners with a maximum power of more than 10 MW.
  • This division is based on the finding that, as previously described in general, even with burners, which are designed for example for a maximum load of more than 100 MW, it is advantageous to further divide the combustion air supply, so that in each case an optimal supply to the one Combustion air quantity as well as in relation to the position of the supply line in the Brennermuffel the combustion air is possible. This allows for a sufficiently high lambda values and on the other hand a sufficiently high mixing within the burner muffle, so that a good combustion is achieved.
  • the second and / or third combustion air supply are each divided in the ratio of about 30:70 of the outlet cross-sectional areas of the combustion air, wherein the outlet for the smaller combustion air flow is provided closer to the axes of rotation.
  • the second combustion air supply is split into two separate combustion air supply lines, wherein the part of the second combustion air embodiment located further in the vicinity of the rotation axis has 30% of the cross-sectional area and the more external part of the second combustion air supply has 70% of the exit cross-sectional area.
  • the third combustion air supply can be divided into two, with one part having 30% and the other 70% of the total outlet cross-sectional areas.
  • swirl devices are provided for influencing the combustion air flows in a circular orbit about the axes of rotation within the part-load and main-load burner muffle. This ensures that a so-called swirl or whirl combustion chamber is generated.
  • a gas flow sets in, which rotates or runs around the axes of rotation in a spiral or helical manner.
  • the vortex profile of the gas flow thus generated in the combustion chamber forces the fuel particles due to the centrifugal force acting on a circular path on the outer walls of the combustion chamber.
  • the residence time of the fuel particles in the burner muffle or in the combustion zone of the combustion chamber, which is formed by the burner muffle increases, whereby a better more complete combustion can be achieved.
  • the invention relates to a method for operating a solid-fueled burner.
  • a burner has at least a first combustion air supply, a second combustion air supply and a third combustion air supply.
  • a burner muffle which consists of a partial load muffle and a main load muffle, wherein the first and the second combustion air supply for the supply of combustion air are designed in the part load muffle.
  • the third combustion air supply is designed to supply combustion air into the main muffle.
  • the solids-fired hot gas generator is operable in a continuous operating state between about 10% to 100% of its maximum power. It is further provided that the combustion air supply is controlled such that a flame is up to about 30% of the maximum power of the solids-fired hot gas generator substantially within the part load muffle.
  • the method is also based on the explained finding that in generic solid-fuel burners it is not possible to achieve operating states which are below about 40% of the maximum designed output.
  • the reason for this is that at a load range of 20% to 30% of the maximum load, the flow rates of both the combustion air and the fuel supply are so low that the flame is broken off or collapsed. This is also caused by the fact that the flame of the burner muffle is so far away that no supporting effect through the burner muffle is more present.
  • the combustion air supply is controlled such that the flame retreats from an amount of about 30% of the maximum power of the entire burner muffle, which is formed by the Kleinlastmuffel and the partial load muffle, substantially in the part load muffle.
  • This is smaller volume than the bulky Hauptlastmuffel.
  • the flame is better supported in the part load muffle.
  • With a smaller flow volume of the combustion air as well as delivery volume of the fuel supply a sufficiently good mixing and thus a combustion achieved so that the flame does not collapse. This makes it possible to operate the solid-fueled burner continuously between 10% or less up to 100% of its maximum power.
  • the second and third combustion air supply are operated at about 10% of their maximum design speed and that the first combustion air supply is operated at about 70% of its maximum design speed.
  • the speed with which the combustion air is blown out defines the volume of combustion air per unit time. This is decisive for influencing the burning behavior.
  • the flow rate is a common factor to influence this volume of combustion air per unit time, since the exit cross-sectional areas are determined by design.
  • the maximum design speed can be understood as meaning, in particular, the flow rate that is present when the burner is operated at 100% of its power.
  • the second and third combustion air supply By operating the second and third combustion air supply at about 10% of their maximum design speed and the first combustion air supply at about 70% of their maximum design speed, it is achieved that, when operated at 10% of the burner's maximum output, the relatively small flame is mainly due to the first combustion air supply is supplied with combustion air. If this combustion air supply is relatively close to the axes of rotation and the outlet of the delivery air of the fuel supply, then the flame is sufficiently supplied with combustion air and additionally supported. If the first combustion air supply is designed such that it directs its combustion air into the part-load muffle, it is also achieved by the process control according to the invention that, above all, combustion air reaches the part-load muffle. As a result, a supply of the flame, which has retreated into the partial load muffle, additionally supported.
  • the first combustion air supply from 70% to 100% of its maximum design speed.
  • the second combustion air supply can be continuously increased from 10% to 20% of its maximum design speed.
  • the second combustion air supply is located at the edge of the partial load muffle, so that by increasing the volume flow through the second combustion air supply, the flame is well supplied with additional air in the part of the partial mast, on the other hand also extending the flame is extended into the main muffle.
  • the flow velocity of the combustion air can be increased by the third combustion air supply in operation from 30% of the maximum power. It is preferred in this case if the flow rate is continuously increased from 10% to 100% of its maximum design speed when operating between 40% and 100% of the maximum power of the solid-fueled burner.
  • a section is shown by a schematic diagram of a burner 10 according to the invention.
  • the burner shown is a solids-fired burner 10.
  • the solids are supplied via the fuel supply 12 at the burner head, in which, for example, pulverized coal is blown into a burner muffle 20 by means of conveying air.
  • the burner muffle 20 is formed in two parts in the burner 10 according to the invention. It consists of a partial load muffle 21 and a main load muffle 22, which adjoins the part load muffle 21.
  • the partial load muffle 21 as well as the main load muffle 22 are rotationally symmetrical and arranged so that the respective rotational symmetry axis 25 coincides.
  • the partial load muffle 21 has approximately 5% to 10% of the volume of the main load muffle 22.
  • the solid-fuel fired burner 10 shown in sketched form has a high control ratio of 1:10. This is achieved by defining a partial load range I and a main load range II in the reaction space through the two-part burner muffle 20.
  • the reaction space is the internal volume of the burner muffle 20. If the burner 10 is operated at a low load or power, for example 10% of its maximum load, the operating parameters are adjusted such that the burner flame is substantially in the partial load range I. If the burner 10 is started up and operated, for example, with 70% of its maximum load or maximum power, then the now existing burner flame extends from the partial load range I to far into the partial load range II.
  • combustion air supplies 30 This behavior of the flame is achieved by the control of combustion air supplies 30.
  • Fig. 1 For this purpose, three combustion air supply lines 31, 32, 33 are provided. The first and the second combustion air supply 31, 32 lead their combustion air in the partial load muffle 21. The third combustion air supply 33 is arranged such that its combustion air is supplied directly into the main load muffle 22.
  • FIG. 2 is a further sketch of a section through a burner 10 according to the invention shown, in which now the various feeds into the burner interior or the burner muffle 20 are shown.
  • the burner muffle of the burner 10 is again designed in two parts and has a partial load muffle 21 and a main load muff 22.
  • the partial load muffle 21 has a substantially conical shape. It widens from the burner head in the direction of the main load muffle 22.
  • the angle of the cone is here preferably between 15 ° and 25 °.
  • the main load muffle 22 connects. This has at the beginning of a cone-like basic shape, which later merges into a cylinder-like shape. Both parts of the muffle 20 are rotationally symmetrical about a rotation axis 25 executed.
  • a starting burner 13 In the center of the axis of rotation 25 is located at the beginning of the burner head to the partial load muffle 21, a starting burner 13. To the starting burner 13, an annular gap is provided, which is provided as a fuel supply 12. By means of this annular gap, for example, pulverized coal can be blown into the burner interior or reaction space by means of a carrier medium, such as air. In principle, of course, other solid, crushed fuels can be blown thereby.
  • annular gap of the fuel supply 12 a further annular gap is provided concentrically. This is connected to the first combustion air supply 31.
  • swirling means 41 are provided in order to be able to impart a directional impulse to the exiting combustion air.
  • a second annular gap is provided, which is connected to the second combustion air feed 32.
  • This annular gap also ends in the partial load muffle 21.
  • swirl devices 42 are likewise provided at the transition of the annular gap for the second combustion air 32 into the partial load region I in order to be able to impart a swirl impulse to the incoming combustion air.
  • openings are still provided for supplying the third combustion air 33 in the region of the main load muffle 22. It is essential here at their position that the openings lead directly into the main load muffle, ie in the main load area II and not in the partial load range I. Thus, the proportion of combustion air, which is supplied via the third combustion air supply 33, are passed directly into the main load muffle ,
  • the respective volume flow of combustion air can be calculated.
  • the maximum design speeds for the combustion air supply 31, 32, 33 can be determined depending on the fuel used, for example lignite or hard coal, as well as the intended use of the burner.
  • the diagram shows three different curves, labeled a, b and c.
  • the curve a relates to the first combustion air supply 31, the curve b, the second combustion air supply 32 and the curve c, the third combustion air supply 33.
  • the addition of the combustion air supplied via the various combustion air feeds 31, 32, 33 gives the total amount of combustion air. This can be derived from the desired lambda value and the desired burner load.
  • the total combustion air supply is then split among the various combustion air supplies 31, 32, 33.
  • the first combustion air supply 31 is operated at 70% of its design speed.
  • the second combustion air supply 32 and the third combustion air supply 33 are each operated at 10% of their maximum design speed.
  • This operating state with 10% of the maximum design speed is also referred to as the cooling air position. This means that a large part of the combustion air is blown into the partial load range I. This in turn has the consequence that, since relatively little fuel is blown into the combined burner muffle 20, the flame is mainly in the partial load range I.
  • the first combustion air supply 31 is continuously increased to its maximum value.
  • the second combustion air supply 23 is continuously increased to about 20% of its maximum delivery speed, whereas the third combustion air supply 33 continues to operate at 10% of its maximum design speed.
  • This continuous startup of the air supply via the first and second combustion air feeds 31, 32 has the effect that a higher combustion air volume is available in the partial load range I.
  • This combustion air volume is stressed by the flame, which is operated with the solid fuel.
  • the amount of fuel per time is also increased. Due to the design according to the invention, the flame of the burner 10 continues to remain substantially in the partial load range I and can thus continue to be supported by the partial load muffle 21.
  • the first combustion air supply 31 is still operated at full load, that is, at its maximum Auslege für.
  • the second combustion air supply 32 is continuously increased. That is, the blow-off speed is continuously increased from 20% of the maximum lay-up speed to 100% of the maximum lay-up speed, so that 100% of the maximum lay-up speed is present at 100% of the power of the burner 10.
  • the blow-off rate of the third combustion air supply 33 is maintained to about 40% of the maximum load of the burner at 10% of the design speed. From the range around 40% of the maximum burner output, this also increases continuously until it reaches its maximum design speed at 100% of maximum burner power.
  • the burner flame extends only from about 30% of the maximum power of the burner in the main load range II. From 30% or 40%, the flame has such a strength that no longer There is a risk that it breaks off or goes out due to a stall of the combustion air. In other words, the flame migrates gradually from about 30% of the maximum power from the partial load muffle 21 into the main load muffle 22.
  • Another functionality of the combustion air supplied via the third combustion air feed 33 is that the wall-like burnout zones of the muffle 20 can hereby also be cooled. As a result, lower requirements can be made of the materials of the burner muffle 20.
  • Fig. 4 is a more detailed view of a section through a burner 10 according to the invention shown and in Fig. 5 is an enlargement of the burner head to the part load muffle 21 Fig. 4 shown.
  • the burner 10 according to the invention is essentially rotationally symmetrical.
  • a starting burner 13 is arranged with its feed 52. This is operated for example with gas or oil. It serves to start the burner 10 according to the invention.
  • the starting burner 13 is first operated for a time until a sufficiently high temperature is present in the muffle 20 in order to start the actual solid fuel-fired burner 10.
  • swirl devices 41 which can also be referred to as swirl blades, are arranged in the annular gap in order to be able to impart a twist in helical form about the central axis 25 to the injected combustion air.
  • annular gap for the second combustion air supply 32 is arranged around the annular gap for the first combustion air supply 31.
  • swirl devices 42 or swirl vanes are again provided shortly before the outlet in order to twist the combustion air which is thereby blown out.
  • the main load muffle 22 connects.
  • the third combustion air supply 31 is guided.
  • This feed is not carried out again in the embodiment shown here via an annular gap, but a supply 60 for the third combustion air leads into an air distributor 61 for the third combustion air.
  • This in turn is connected to outlet openings 62 for the third combustion air.
  • These openings lead into the main load area II, ie into the interior or reaction space of the main load muff 22.
  • the air distribution 61 is connected to the interior of the main load muff 22 by means of a mask having the outlet opening 62. Through the openings 62 for the third combustion air supply of the combustion air also a swirl can be given up.
  • Into the muffle 20 projects laterally a pilot burner 51 into it. This is used to start the starting burner 13.
  • normal external air can be supplied as combustion air through the first, second and third combustion air feeds 31, 32, 33.
  • the burner 10 according to the invention is used in a hot gas generator, in particular for coal grinding plants, then it is advantageous to supply a mixture of outside air and oxygen-poor air or recirculated air via the third combustion air feed 33. This is necessary because the hot process gases used in mill grinding in coal grinding plants must have a maximum oxygen content of 10% in order to prevent dust explosions.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen feststoffgefeuerten Brenner (10) mit einer Brennstoffzuführung (12), einer Brennermuffel (20) sowie mindestens einer Verbrennungsluftzuführung (30). Es ist vorgesehen, dass die Brennermuffel in eine Hauptlastmuffel (22) und eine Teillastmuffel (21) unterteilt ist, wobei die Hauptlastmuffel und die Teillastmuffel eine rotationssymmetrische Grundform aufweisen und die Rotationsachsen (25) zusammenfallen. Die Hauptlastmuffel schließt sich unmittelbar an die Teillastmuffel an.The invention relates to a solid fuel burner (10) having a fuel supply (12), a burner muffle (20) and at least one combustion air supply (30). It is envisaged that the burner muffle is subdivided into a main load muffle (22) and a partial load muffle (21), wherein the main muffle and the partial load muffle have a rotationally symmetrical basic shape and the axes of rotation (25) coincide. The main muffle adjoins directly to the part muffle.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines feststoffgefeuerten Brenners (10), bei dem die Verbrennungsluftzuführung (30) derart geregelt ist, dass die Flamme bis ca. 30% der Maximalleistung des feststoffgefeuerten Brenners (10) sich im Wesentlichen in der Teillastmuffel (21) befindet.

Figure imgaf001
Furthermore, the invention relates to a method for operating a solid-fuel burner (10), in which the combustion air supply (30) is controlled such that the flame up to about 30% of the maximum power of the solid-fuel burner (10) substantially in the partial load muffle (21 ) is located.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft einen feststoffgefeuerten Brenner mit einer Brennstoffzuführung mittels Förderluft, mit einer Brennermuffel und mit mindestens einer Verbrennungsluftzuführung.The invention relates to a solid fuel-fired burner with a fuel supply by means of conveying air, with a burner muffle and with at least one combustion air supply.

Derartige feststoffgefeuerte Brenner werden beispielsweise in einem Heißgaserzeuger in verfahrenstechnischen Anlagen eingesetzt. Beispiele hierfür sind Mahltrocknungsanlagen zur Mahlung von Kohle, Zementklinker, Hüttensand, Rohmehl oder anderen feuchten, insbesondere mineralischen, zu zerkleinernden Stoffen. Auch in der Gips-, Zucker- und Kaliindustrie werden mit Braunkohlen- oder Steinkohlenstaub befeuerte Heißgaserzeuger verwendet. Gattungsgemäße Brenner können aber auch in anderen Feuerungssystemen wie beispielsweise für Abhitzekessel zur Dampferzeugung eingesetzt werden.Such solids-fired burners are used, for example, in a hot gas generator in process plants. Examples include grinding plants for grinding coal, cement clinker, granulated blastfurnace, raw meal or other moist, especially mineral, to be shredded materials. Also in the gypsum, sugar and potash industries, lignite or hard coal fired hot gas generators are used. Generic burners can also be used in other firing systems such as for waste heat boiler for steam generation.

Es sind verschiedenste Brennertechnologien für Öle, Gase und feste Brennstoffe bekannt. Es besteht aufgrund erhöhter Brennstoffkosten und ressourcenbedingt der Wunsch, Edelenergieträger wie Erdgas und Öl durch feste Brennstoffe zu substituieren. Durch die Entwicklung von verbesserten Feststoffbrenner-Systemen Im Sinne der Erfindung können als feste Brennstoffe beispielsweise Stein- oder Braunkohlestaub, Biomassestaub oder Mischungen derselben angesehen werden.There are a variety of burner technologies for oils, gases and solid fuels known. Due to increased fuel costs and resources, there is a desire to substitute solid fuels for precious energy sources such as natural gas and oil. Through the development of improved solid fuel burner systems For the purposes of the invention, solid fuels can be, for example, rock or lignite dust, biomass dust or mixtures thereof.

Ein gattungsgemäßer Brenner ist beispielsweise aus der DE 197 06 077 A1 bekannt. Bei diesem Brenner wird Feststoff, welcher zerkleinert ist und als Brennstaub bezeichnet wird, pneumatisch in eine Verbrennungskammer befördert und unter Zuführung von Verbrennungsluft verbrannt. Ausgangsseitig sind am Brenner eine Brennermuffel, eine Zuführung für das anzuheizende Gas und ein Mischteil vorgesehen, welches anschließend an die Brennermuffel angeordnet ist.A generic burner is for example from the DE 197 06 077 A1 known. In this burner, solid which is crushed and called fuel dust is pneumatically conveyed into a combustion chamber and burned by supplying combustion air. On the output side, the burner is a burner muffle, a supply for the gas to be heated and a mixing part is provided, which is then arranged on the burner muffle.

Ein anderer Brenner ist aus der DE 102 32 373 A1 bekannt, welcher eine Weiterentwicklung des Brenners der DE 197 25 613 A1 zur Befeuerung mit Feststoffen darstellt. Dieser Brennertyp wird vom Hersteller auch als Impulsbrenner bezeichnet.Another burner is out of the DE 102 32 373 A1 known, which is a further development of the burner DE 197 25 613 A1 for firing with solids represents. This type of burner is also referred to by the manufacturer as a pulse burner.

Bei diesen Brennern wird Kohlenstaub mit einem gasförmigen Trägermedium, welches vorzugsweise Luft sein kann, transportiert und mittels einer Einblaslanze in einen Reaktionsraum eingeblasen. Die Einblaslanze führt vom Brennerkopf bis zum Punkt des größten Durchmessers des konischen Reaktionsraumes und weist am austrittsseitigen Ende eine Umlenkhaube auf.In these burners, pulverized coal is transported with a gaseous carrier medium, which may preferably be air, and blown into a reaction space by means of an injection lance. The injection lance leads from the burner head to the point of the largest diameter of the conical reaction space and has a deflection hood at the outlet end.

Die Verbrennungsluft wird über ein radiales Schaufelgitter am kopfseitigen Ende des Reaktionsraumes zugeführt. Das Schaufelgitter und ein Teil des Reaktionsraumes sind von einem Luftsammelgehäuse umgeben, in dem die Verbrennungsluft beruhigt werden soll und aus welchem die Verbrennungsluft über das Schaufelgitter in den Reaktionsraum gelangen soll. Der Brenner erzeugt aufgrund seines Strömungsbildes einen großen Bereich turbulenter Schwankungsbewegungen. Hierdurch wird der Brennerstaub nach seinem Austritt aus der Umlenkhaube bis zur Luftleitschaufel, welche im Bereich des Brennerkopfes vorgesehen ist, zurücktransportiert und von einer wirbelnden, schraubenförmigen Flamme auf ca. 1.000°C aufgeheizt und gezündet. Der Flammenstrahl selbst hat einen sehr starken Impuls und erzeugt eine sehr schnelle Rezirkulation des Gases. Bei der Weiterentwicklung wurde das Hauptaugenmerk auf die Erhöhung der Flammenstabilität und die Flammenstrahlgeschwindigkeit gelegt.The combustion air is supplied via a radial blade grid at the head end of the reaction space. The blade grid and part of the reaction space are surrounded by an air collecting housing in which the combustion air is to be calmed and from which the combustion air is to reach the reaction space via the blade grid. Due to its flow pattern, the burner generates a large range of turbulent fluctuation movements. As a result, the burner dust after its exit from the Umlenkhaube to the air guide vane, which is provided in the region of the burner head, transported back and heated by a swirling helical flame to about 1,000 ° C and ignited. The flame jet itself has a very strong impulse and produces a very fast recirculation of the gas. In the further development, the main focus was on increasing the flame stability and the flame jet speed.

Derartige und andere auf dem Markt verfügbare feststoffgefeuerte Brenner weisen allerdings lediglich einen Regelbereich von 1:4 auf. Wie im folgenden Beispiel gezeigt, ist dieser Regelbereich jedoch für viele Anwendungsbereiche eines Brenners nicht ausreichend. Daher wird zurzeit immer noch auf Brenner mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen zurückgegriffen, welche jedoch durch die Verbrennung von Edelenergieträgern im Betrieb teurer sind. Ein Ansatz, dies zu beheben, ist die Verwendung von sogenannten Dualbrennern, die je nach geforderter Leistung entweder feststoffgefeuert betrieben werden oder in Bereichen, in denen ein Betrieb mit Feststoffbrennstoffen nicht möglich ist, mit Gas oder Öl befeuert werden. Bei Dualbrennern werden manche Betriebszustände auch durch ein gleichzeitiges Verbrennen von Festbrennstoffen mit Gas oder Öl gemeinsam erreicht.However, such and other solid-fuel burners available on the market only have a control range of 1: 4. However, as shown in the following example, this control range is not sufficient for many applications of a burner. Therefore, currently still on recycle burner with gaseous or liquid fuels, which are more expensive by the combustion of precious energy in operation. One approach to remedy this is the use of so-called dual burners, which are operated either solid fuel depending on the required performance or in areas where operating with solid fuels is not possible to be fired with gas or oil. In dual burners, some operating conditions are also achieved by simultaneously burning solid fuels with gas or oil together.

Ein Anwendungsbereich von Brennern sind Heißgaserzeuger. Heißgaserzeuger werden beispielsweise in Mahltrocknungsanlagen bei der Vermahlung von Kohle eingesetzt, um heißes Prozessgas zu erzeugen. Die gemahlene Kohle kann beispielsweise in der Kohlevergasung oder der Roheisen- oder Stahlherstellung im PCI-Verfahren (Pulverized Coal Injection) eingesetzt werden.One application of burners is hot gas generators. Hot gas generators are used, for example, in grinding mills in the grinding of coal to produce hot process gas. The ground coal can be used for example in coal gasification or pig iron or steel production in the PCI process (Pulverized Coal Injection).

In Kohlemahlanlagen mit einer Luftstrommühle, beispielsweise einer Pendelrollenmühle, einer Walzenringmühle oder einer Vertikalwälzmühle des Loesche-Typs, wird feuchte Rohkohle unter Zuführung von Heißgasen der angesprochenen Mahltrocknung unterzogen und zu Kohlenstaub vermahlen. In einem nachgeschalteten Trennaggregat, etwa einem Filter, wird der gemahlene Kohlenstaub aus dem KohlenstaubGas-Gemisch getrennt. Weitere Einsatzgebiete von Heißgaserzeugern, findet man in Trocknungsanlagen für eine Vielzahl von organischen und mineralischen Stoffen.In coal grinding plants with an air-flow mill, for example a spherical roller mill, a roller ring mill or a vertical roller mill of the Loesche type, moist raw coal is subjected to the mentioned mill drying with the supply of hot gases and ground to pulverized coal. In a downstream separation unit, such as a filter, the ground coal dust is separated from the coal dust gas mixture. Further applications of hot gas generators are found in drying plants for a variety of organic and mineral substances.

Die notwendigen Regelbereiche des Brenners beziehungsweise des Heißgaserzeugers werden von den Parametern der nachfolgenden wärmeverbrauchenden Anlagen bestimmt. Dieser Verbrauch richtet sich insbesondere nach der zum Teil stark schwankenden Feuchtigkeit des zu mahlenden und trocknenden Materials, des notwendigen Durchsatzes der wärmeverbrauchenden Apparatur, in diesem Fall des Mahlaggregates, und der Umgebungstemperatur.The necessary control ranges of the burner or of the hot gas generator are determined by the parameters of the following heat-consuming systems. This consumption depends in particular on the sometimes highly fluctuating moisture of the material to be ground and dried, the necessary throughput of the heat-consuming apparatus, in this case the grinding unit, and the ambient temperature.

Im Folgenden wird ein erforderlicher Regelbereich anhand eines Beispiels für eine Mahltrocknung von Steinkohle mit einer Vertikalwälzmühle des Loesche-Typs näher erläutert.In the following, a required control range is explained in more detail by means of an example of a grinding drying of hard coal with a Loesche type vertical roller mill.

Der mögliche minimale und maximale Durchsatz einer derartigen Wälzmühle liegt zwischen 40% und 100%. Dies bedeutet, dass die Mühle ein Regelverhältnis von 1:2,5 aufweist.The possible minimum and maximum throughput of such a roller mill is between 40% and 100%. This means that the mill has a control ratio of 1: 2.5.

Wenn ein minimaler Durchsatz mit einer sehr geringen Feuchte des zu mahlenden Materials und einer relativ hohen Außentemperatur zusammenfällt, wird nur eine relativ geringe Wärmeenergie zur Trocknung benötigt. Ein maximaler Wärmeenergieverbrauch ergibt sich bei maximalem Durchsatz der Wälzmühle, bei maximal zulässiger Feuchte des zu vermahlenden und zu trocknenden Materials sowie einer relativ niedrigen Außentemperatur.If a minimum throughput coincides with a very low moisture content of the material to be ground and a relatively high outside temperature, only a relatively small amount of heat energy is needed for drying. A maximum heat energy consumption results at maximum throughput of the roller mill, with maximum permissible moisture of the material to be ground and dried and a relatively low outside temperature.

So werden bei der Vermahlung von Steinkohle beim minimalen Durchsatz von 32 t/h mit einer Feuchtigkeit von 5% und eine Außentemperatur von 35°C ungefähr 1,695 MW zur Trocknung benötigt. Im Maximalfall wird bei einem angenommenen Maximaldurchsatz von 80 t/h, einer Feuchtigkeit von 15% sowie einer Außentemperatur von nur 5°C eine Wärmemenge von 13,8 MW benötigt.For example, when milling coal at a minimum throughput of 32 t / h with 5% moisture and an outside temperature of 35 ° C, approximately 1.695 MW is needed for drying. In the maximum case, assuming a maximum throughput of 80 t / h, a humidity of 15% and an outside temperature of only 5 ° C, a heat quantity of 13.8 MW is required.

Hierdurch ergibt sich ein notwendiges Regelverhältnis von 13,8:1,695, um die beiden extremen Betriebspunkte und alle dazwischenliegenden Betriebspunkte zu erreichen, welches ungefähr einem Verhältnis von 1:8,14 entspricht. Ein derartig hohes Regelverhältnis kann mit den bekannten feststoffgefeuerten Brennern nicht erreicht werden. Diese weisen meist, wie bereits beschrieben, ein maximales Regelverhältnis von 1:4 auf. Daher werden bei Heißgaserzeugern überwiegend Gas- oder Ölbrenner eingesetzt. Diese werden beispielsweise bei Kohlevergasungsanlagen mit Synthesegas und bei PCI-Anlagen für den Hochofenprozess mit Gichtgas befeuert.This results in a necessary control ratio of 13.8: 1.695 to achieve the two extreme operating points and all intermediate operating points, which is approximately equal to a ratio of 1: 8.14. Such a high control ratio can not be achieved with the known solids-fired burners. These usually have, as already described, a maximum control ratio of 1: 4. Therefore, gas generators or oil burners are predominantly used in hot gas generators. These are fired, for example, in coal gasification plants with synthesis gas and in PCI plants for the blast furnace process with blast furnace gas.

Um die bekannten öl- beziehungsweise gasgefeuerten Brenner mit feststoffgefeuerten Brennern zu ersetzen, müssen die feststoffgefeuerten Brenner ein Regelverhältnis von 1:8 bis 1:10 erreichen.To replace the known oil or gas fired burners with solid fuel burners, the solid fuel burners must achieve a control ratio of 1: 8 to 1:10.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen feststoffgefeuerten Brenner sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, welcher ein hohes Regelverhältnis von 1:8 oder höher erreicht.The invention is therefore based on the object of specifying a solid-fueled burner and a method for its operation, which achieves a high control ratio of 1: 8 or higher.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen feststoffgefeuerten Brenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Betrieb eines feststoffgefeuerten Brenners mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This object is achieved by a solid fuel burner with the features of claim 1 and a method for operating a solid fuel burner with the features of claim 10.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie in den Figuren angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims, the description and in the figures.

Gemäß der Erfindung ist der gattungsgemäße feststoffgefeuerte Brenner dadurch weitergebildet, dass die Brennermuffel in eine Hauptlastmuffel und eine Teillastmuffel unterteilt ist, wobei die Teillastmuffel 5% bis 10% des Volumens der Hauptlastmuffel aufweist. Die Teillastmuffel selbst ist im Wesentlichen konisch mit einer rotationssymmetrischen Grundform, welche eine Rotationsachse aufweist, ausgebildet. Die Hauptlastmuffel wiederum weist ebenfalls eine rotationssymmetrische Grundform mit einer Rotationsachse auf. Die Rotationsachse der Hauptlastmuffel und die Rotationsachse der Teillastmuffel liegen in Verlängerung zueinander. Anders ausgedrückt, kann es sich hierbei auch um eine einzige Rotationsachse handeln. Ferner ist die Hauptlastmuffel unmittelbar anschließend an die Teillastmuffel vorgesehen.According to the invention, the generic solid-fueled burner is further developed in that the burner muffle is subdivided into a main-load muffle and a partial-load muffle, wherein the partial-load muffle covers 5% to 10% of the volume of the main muffle having. The part-load muffle itself is essentially conical with a rotationally symmetrical basic shape, which has an axis of rotation. The main load muff, in turn, likewise has a rotationally symmetrical basic shape with an axis of rotation. The axis of rotation of the main muffle and the axis of rotation of the part load muffle are in extension to each other. In other words, this can also be a single axis of rotation. Furthermore, the main muffle is provided immediately after the part load muffle.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gattungsgemäße Brenner üblicherweise nur für einen Arbeitspunkt, meist bei 100% Brennerleistung, ausgelegt werden. Wird nun ein so dimensionierter Brenner mit einer geringeren Last gefahren, so wird sowohl die zugeführte Verbrennungsluftmenge als auch die zugeführte Brennstoffmenge verringert. Hierbei wurde erkannt, dass ab ca. 30% bis 40% der maximalen Last bei einem Brenner, welcher für die Maximallast optimiert ist, die Geschwindigkeiten am Brennerkopf so gering sind, dass eine ordnungsgemäße selbsterhaltende Verbrennung nicht mehr aufrechterhalten werden kann und der Brenner ausfällt, da die Flamme in sich zusammenfällt. Dies ist zum einen dadurch begründet, dass die Strömungsgeschwindigkeiten der Verbrennungsluft und des Brennstoffs sehr gering werden, so dass keine ausreichende Vermischung der Verbrennungsluft mit dem pulverisierten Brennstoff vorhanden ist und zum anderen dadurch, dass die stützende Wirkung der Brennermuffel entfällt, da sich die Flamme zu weit von dieser entfernt hat. Zusätzlich spielt hierbei eine unzureichende Abstimmung des Verbrennungsluft-Brennstoffverhältnisses mit hinein.The invention is based on the finding that generic burners are usually designed only for one operating point, usually at 100% burner power. If now such a dimensioned burner driven with a lower load, so both the amount of combustion air supplied and the amount of fuel supplied is reduced. It has been found that from about 30% to 40% of the maximum load on a burner optimized for maximum load, the speeds at the burner head are so low that proper self-sustaining combustion can no longer be maintained and the burner fails, because the flame collapses. This is due to the fact that the flow rates of the combustion air and the fuel are very low, so that there is no sufficient mixing of the combustion air with the pulverized fuel and on the other hand that the supporting effect of the burner muffle is eliminated, since the flame far away from this. In addition, this plays an inadequate coordination of the combustion air-fuel ratio into it.

Daher ist es ein Grundgedanke der Erfindung, den Brenner für Teillast und Volllast in Art eines zweistufigen Systems zu dimensionieren, zu planen und auszuführen. Erfindungsgemäß ist die Brennermuffel in eine Hauptlastmuffel und eine Teillastmuffel unterteilt. Die Teillastmuffel weist ein deutlich kleineres Volumen als die Hauptlastmuffel auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass, sofern der Brenner mit beispielsweise nur 20% seiner maximalen Leistung betrieben wird, sich die Flamme in die Teillastmuffel zurückziehen kann und da diese ein geringeres Volumen hat, dennoch von der Muffelwandung gestützt werden kann. Durch das kleinere Volumen sind auch die Ausströmgeschwindigkeiten der Verbrennungsluft als auch des Brennstoffes ausreichend, so dass die Flamme nicht verlischt. Wird jedoch der Brenner in Volllastbetrieb oder nahe diesem gefahren, so kann sich die Flamme des Brenners von der Teillastmuffel auf die Hauptlastmuffel ausdehnen und den gesamten Platz in der Brennermuffel, welcher auch als Reaktionsraum bezeichnet wird, einnehmen. In diesem Fall wird der Teil der Flamme, welcher sich außerhalb der Teillastmuffel befindet, durch die Hauptlastmuffel gestützt.Therefore, it is a basic idea of the invention to dimension the burner for part-load and full load in the manner of a two-stage system to plan and execute. According to the invention, the burner muffle is subdivided into a main-load muffle and a partial-load muffle. The part load muffle has a much smaller volume than the main load muffle. This results in the advantage that, if the burner is operated with, for example, only 20% of its maximum power, the flame can withdraw into the part load muffle and since it has a smaller volume, yet can be supported by the muffle wall. Due to the smaller volume and the outflow velocities of the combustion air and the fuel are sufficient so that the flame does not go out. However, the burner is in full load operation or driven close to it, the flame of the burner can extend from the partial load muffle to the main muffle and occupy the entire space in the burner muffle, which is also referred to as the reaction space. In this case, the part of the flame which is outside the part load muffle is supported by the main load muffle.

In diesem Zusammenhang befindet sich der Brennerkopf, also der Bereich, in dem zumindest der Brennstoff der Brennermuffel beziehungsweise der Brennkammer zugeführt wird, nahe oder am Beginn der Teillastmuffel. Anders ausgedrückt besteht die Brennermuffel aus einer kleinvolumigen Teillastmuffel, die sich in Richtung des Brennermundes erweitert und zur großvolumigen Hauptlastmuffel wandelt. Dies kann beispielsweise in Form von zwei konzentrisch auf derselben Rotationsachse angeordneten Zylindern oder konusähnlichen Gebilden erreicht werden, wobei ein Übergang von der Teillastmuffel auf die Hauptlastmuffel im Wesentlichen in radialer Richtung vorgesehen ist.In this context, the burner head, ie the area in which at least the fuel is supplied to the burner muffle or the combustion chamber, is located near or at the beginning of the partial load muffle. In other words, the burner muffle consists of a small-volume part-load muffle, which widens in the direction of the burner mouth and converts to the bulky main muffle. This can be achieved, for example, in the form of two cylinders or cone-like structures arranged concentrically on the same axis of rotation, wherein a transition from the partial load muffle to the main load muffle is provided substantially in the radial direction.

Bevorzugt ist es, wenn die Verbrennungsluftzuführung mindestens dreigeteilt ausgeführt ist. Hierbei sind eine erste Verbrennungsluftzuführung und eine zweite Verbrennungsluftzuführung zum Zuführen von Verbrennungsluft in die Teillastmuffel ausgebildet. Eine dritte Verbrennungsluftzuführung ist zum Zuführen von Verbrennungsluft in die Hauptlastmuffel vorgesehen.It is preferred if the combustion air supply is carried out at least three parts. Here, a first combustion air supply and a second combustion air supply for supplying combustion air are formed in the partial load muffle. A third combustion air supply is provided for supplying combustion air into the main load muffle.

Durch eine Aufteilung der Verbrennungsluftzufuhr in verschiedene Teilströme kann eine gute und zielgerichtete Verbrennung des Brennstoffes erreicht werden, da gezielt ein bestimmtes Verhältnis der Verbrennungsluft zum Brennstoff eingehalten werden kann. So kann beispielsweise, wenn der Brenner nur mit 30% seiner Maximallast betrieben wird, und sich die Brennerflamme im Wesentlichen in der Teillastmuffel befindet, auch über die verschiedenen Verbrennungsluftzuführungen die Verbrennungsluft hauptsächlich in die Teillastmuffel zugeführt werden. Dies dient zum einen für eine gute Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft, was wiederum eine effiziente Verbrennung ermöglicht und zum anderen wird so ein Zusammenfallen der Flamme verhindert. Ein weiterer Vorteil durch die Aufteilung ist, dass die einzelnen Zuführungen der Verbrennungsluftzuführung jeweils kleiner sind. Hierdurch werden die Verbrennungsluftzuführungen mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten betrieben, was die Stabilität der Flamme positiv beeinflusst.By dividing the combustion air supply into different partial flows, a good and targeted combustion of the fuel can be achieved, as targeted a certain ratio of the combustion air to the fuel can be maintained. Thus, for example, if the burner is operated only with 30% of its maximum load, and the burner flame is located substantially in the part load muffle, are also supplied via the different combustion air supply the combustion air mainly in the part load muffle. This serves on the one hand for a good mixing of the fuel with the combustion air, which in turn enables efficient combustion and, on the other hand, prevents a collapse of the flame. Another advantage of the division is that the individual feeds of the combustion air supply are each smaller. As a result, the combustion air supplies are operated at higher flow rates, which positively influences the stability of the flame.

Dies ist insbesondere in einem niedrigen Last- oder Leistungsbereich vorteilhaft, da so gezielt an bestimmten Stellen nur geringe Mengen an Verbrennungsluft zugeführt werden können.This is particularly advantageous in a low load or power range, since only small amounts of combustion air can be selectively supplied at certain points.

Ein wichtiger Grundsatz bei der Verbrennung von Feststoffen ist die Einhaltung der Temperatur im Brennraum unterhalb des sogenannten Ascheerweichungspunktes. Würde diese Temperatur überschritten werden, würden Anbackungen an der Brennermuffel entstehen, die die Effizienz des Brenners reduzieren-oder den Betrieb bereits nach kurzer Zeit verhindern würde. Daher werden Feststoffbrenner im Allgemeinen mit einem Lambda-Wert zwischen 1,4 und 2,0 betrieben.An important principle in the combustion of solids is the maintenance of the temperature in the combustion chamber below the so-called ash softening point. If this temperature were exceeded, caking would occur on the burner muffle, which would reduce the efficiency of the burner - or would prevent the operation after a short time. Therefore, solid fuel burners are generally operated at a lambda value between 1.4 and 2.0.

Daraus resultiert, dass zum Einhalten des Lambda-Wertes die Verbrennungsluftmengen sowohl örtlich als auch zeitlich in Abhängigkeit der Feuerungswärmeleistung unterschiedlich an den staubförmigen Brennstoff angepasst werden müssen. Diese örtliche und zeitliche Zuleitung der Verbrennungsluft kann durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Aufteilung der Verbrennungsluftzuführung erreicht werdenAs a result, in order to maintain the lambda value, the quantities of combustion air, both locally and temporally, must be adapted differently to the pulverulent fuel as a function of the thermal heat output. This local and temporal supply of combustion air can be achieved by the use of the division of the combustion air supply according to the invention

Wird nun der erfindungsgemäße Brenner im Teillastbetrieb beispielsweise bei 30% der maximalen Last betrieben, muss sichergestellt werden, dass der erforderliche Lambda-Wert im Bereich der Flamme vorliegt. Dies kann wiederum dadurch erreicht werden, dass der Volumenstrom der Verbrennungsluft für die dritte Verbrennungsluftzuführung relativ gering gehalten wird und der Großteil der Verbrennungsluft über die erste und/oder zweite Verbrennungsluftzuführung direkt in die Teillastmuffel geleitet wird, da sich in diesem Betriebszustand die Flamme im Wesentlichen in der Teillastmuffel befindet. Anders ausgedrückt wird ein Großteil der Verbrennungsluft in die Teillastmuffel geleitet.If now the burner according to the invention is operated in part-load operation, for example at 30% of the maximum load, it must be ensured that the required lambda value is present in the region of the flame. This can in turn be achieved by keeping the volume flow of the combustion air for the third combustion air supply relatively low and directing the majority of the combustion air via the first and / or second combustion air supply directly into the partial load muffle, since in this operating state the flame is substantially in the part load muffle is located. In other words, a large part of the combustion air is conducted into the part-load muffle.

Grundsätzlich können die erste und die zweite Verbrennungsluftzuführung beliebig im Bereich der Teillastmuffel angeordnet sein. Vorteilhaft ist es, wenn die erste Verbrennungsluftzuführung und die zweite Verbrennungsluftzuführung als Ringspalt um die Rotationsachse ausgeführt sind, wobei die erste Verbrennungsluftzuführung näher an der Rotationsachse vorgesehen ist als die zweite Verbrennungsluftzuführung. Mit dieser Konstruktion wird zum einen erreicht, dass die Verbrennungsluft gut und gleichmäßig in die Teillastmuffel eingeblasen werden kann. Unter der Annahme, dass der Brennstoff relativ nah an der Rotationsachse eingeblasen wird, stellt sich so auch eine gute Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff ein. Zum anderen wird hierdurch dem Brennstoff ein ausreichendes Maß an Verbrennungsluft zur Verbrennung angeboten.In principle, the first and the second combustion air supply can be arranged arbitrarily in the region of the partial load muffle. It is advantageous if the first combustion air supply and the second combustion air supply are designed as an annular gap around the axis of rotation, wherein the first combustion air supply is provided closer to the axis of rotation than the second combustion air supply. With this construction, on the one hand, the combustion air can be injected well and evenly into the partial load muffle. Assuming that the fuel is injected relatively close to the axis of rotation, it turns out that way also a good mixing of the combustion air with the fuel. On the other hand, this provides the fuel with a sufficient amount of combustion air for combustion.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung - die erste Verbrennungsluftzuführung näher an der Rotationsachse als die zweite Verbrennungsluftzuführung - ist, dass das Prinzip, welches bereits in Bezug auf die Hauptlastmuffel und die Teillastmuffel beschrieben wurde, auch hier weitergeführt wird. Wird der Brenner am unteren Ende seines Leistungsbereiches, beispielsweise bei 10% der maximalen Leistung, betrieben, so wird die benötigte Verbrennungsluft tendenziell eher durch die erste Verbrennungsluftzuführung, welche sich näher an der Rotationsachse befindet, zugeführt, da in diesem Betriebszustand auch die Flamme kleiner ist. Wird der Brenner jedoch bei 30% oder 80% seiner maximalen Last betrieben, so kann auch Verbrennungsluft zusätzlich durch die zweite Verbrennungsluftzuführung in die Teillastmuffel eingeführt werden, was zu einer ausreichenden Verbrennungsluftzufuhr für die entsprechenden Lastzustände führt.A further advantage of this arrangement - the first combustion air feed closer to the axis of rotation than the second combustion air feed - is that the principle which has already been described with respect to the main load muffle and the partial load muffle is also continued here. If the burner is operated at the lower end of its power range, for example at 10% of the maximum power, the required combustion air tends to be supplied by the first combustion air supply, which is closer to the axis of rotation, since in this operating state the flame is also smaller , However, if the burner is operated at 30% or 80% of its maximum load, combustion air can also be introduced into the part-load muffle through the second combustion air feed, resulting in sufficient combustion air supply for the corresponding load conditions.

Diesbezüglich ist es bevorzugt, wenn das Verhältnis der Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der ersten Verbrennungsluftzuführung zu den Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der zweiten Verbrennungsluftzuführung 1:8 bis 1:10 beträgt. Dies bedeutet, dass die Austrittsquerschnittsflächen der ersten Verbrennungsluftzuführung kleiner ausgeführt sind als die der zweiten Verbrennungsluftzuführung. Dies wiederum ermöglicht, dass der Volumenstrom bei angenommener gleicher Austrittsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft der ersten Verbrennungsluftzuführung geringer ist als der zweiten Verbrennungsluftzuführung. Hierdurch wird wiederum erreicht, dass die Flamme optimal gestützt wird und ausreichend Verbrennungsluft je nach Lastzustand des Brenners zur Verfügung gestellt werden kann.In this regard, it is preferable that the ratio of the exit cross-sectional areas of the combustion air of the first combustion air supply to the exit cross-sectional areas of the combustion air of the second combustion air supply is 1: 8 to 1:10. This means that the outlet cross-sectional areas of the first combustion air supply are made smaller than those of the second combustion air supply. This in turn makes it possible that the volume flow at assumed equal exit velocity of the combustion air of the first combustion air supply is less than the second combustion air supply. This in turn ensures that the flame is optimally supported and sufficient combustion air can be made available depending on the load condition of the burner.

Grundsätzlich können die Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der dritten Verbrennungsluftzuführung beliebig groß ausgeführt sein. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis der Summe der Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der ersten Verbrennungsluftzuführung und der zweiten Verbrennungsluftzuführung zu den Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der dritten Verbrennungsluftzuführung 1:7 bis 1:11 beträgt. Anders ausgedrückt ist die Dimensionierung der Austrittsquerschnittsflächen derart, dass bei einer angenommenen gleichen Strömungsgeschwindigkeit durch die Austrittsquerschnittsflächen der dritten Verbrennungsluftzuführung, welche Verbrennungsluft in die Hauptlastmuffel leiten, deutlich mehr Verbrennungsluft zugeführt werden kann als durch die beiden Verbrennungsluftzuführungen, welche Verbrennungsluft in die Teillastmuffel leiten.In principle, the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the third combustion air supply can be made arbitrarily large. However, it has proven to be advantageous if the ratio of the sum of the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the first combustion air supply and the second combustion air supply to the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the third combustion air supply is 1: 7 to 1:11. In other words, the dimensioning of the outlet cross-sectional areas is such that, assuming an same flow rate through the outlet cross-sectional areas of the third combustion air supply, which conduct combustion air into the main muffle, significantly more combustion air can be supplied as by the two combustion air supply lines, which conduct combustion air into the part load muffle.

Hierdurch wird erreicht, dass in einem Lastzustand von beispielsweise 70% oder mehr insbesondere in der Hauptlastmuffel ausreichend Verbrennungsluft zur Verfügung steht, um eine möglichst optimale Verbrennung des Brennstoffes zu erreichen. Auch wird dadurch die Ausdehnung der Brennerflamme im Hauptlastbetrieb, welcher beispielsweise im Bereich zwischen 30% und 100% der maximalen Last liegen kann, unterstützt.This ensures that in a load condition of, for example, 70% or more, in particular in the main muffle sufficient combustion air is available to achieve the best possible combustion of the fuel. This also supports the expansion of the burner flame during main load operation, which can be, for example, in the range between 30% and 100% of the maximum load.

Um noch besser unterschiedliche Verbrennungsluftmengen abhängig von dem Lastzustand des Brenners der Flamme anbieten zu können, ist vorgesehen, dass Gebläse zum Fördern der Verbrennungsluft zu den Verbrennungsluftzuführungen vorhanden sind und dass die maximale Auslegungsgeschwindigkeit der ersten und der zweiten Verbrennungsluftzuführungen 1,8 bis 2,5 mal größer als die maximale Auslegungsgeschwindigkeit der dritten Verbrennungsluftzuführung ist. Durch eine derartige Auslegung wird erreicht, dass zum einen eine ausreichende Verbrennungsluft abhängig von den verschiedenen Betriebszuständen des Brenners zur Verfügung steht, jedoch auch ein ausreichend hoher Lambda-Wert vorhanden ist, um das Erreichen des Ascheerweichungspunktes zu verhindern. Die unterschiedlichen maximalen Auslegungsgeschwindigkeiten beeinflussen auch eine Verdrallung der Verbrennungsluft in der Brennermuffel, wodurch eine bessere Verbrennung erreicht wird.To even better offer different amounts of combustion air depending on the load state of the burner of the flame, it is provided that fans for conveying the combustion air to the combustion air supply lines are present and that the maximum design speed of the first and the second combustion air supply 1.8 to 2.5 times is greater than the maximum design speed of the third combustion air supply. Such a design ensures that, on the one hand, sufficient combustion air is available as a function of the various operating states of the burner, but that a sufficiently high lambda value is present in order to prevent reaching the ash softening point. The different maximum design speeds also affect a twisting of the combustion air in the burner muffle, thereby achieving better combustion.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweite und/oder die dritte Verbrennungsluftzuführung in jeweils zwei oder mehrere jeweils unabhängige Verbrennungsluftzuführungen mit unabhängigen Querschnitten ausgeführt. Dies ist besonders vorteilhaft bei Brennern mit einer maximalen Leistung von mehr als 10 MW. Dieser Aufteilung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass, ähnlich wie zuvor allgemein beschrieben, auch bei Brennern, die beispielsweise für eine Maximallast von mehr als 100 MW ausgelegt sind, es vorteilhaft ist, die Verbrennungsluftzuführungen weiter aufzuteilen, so dass jeweils eine optimale Zuführung zum einen der Verbrennungsluftmenge als auch in Bezug auf die Position der Zuleitung in die Brennermuffel der Verbrennungsluft möglich ist. Dies ermöglicht zum einen ausreichend hohe Lambda-Werte und zum anderen eine ausreichend hohe Vermischung innerhalb der Brennermuffel, so dass eine gute Verbrennung zustande kommt.In a preferred embodiment, the second and / or the third combustion air supply in each case two or more independent combustion air feeds are executed with independent cross-sections. This is particularly advantageous for burners with a maximum power of more than 10 MW. This division is based on the finding that, as previously described in general, even with burners, which are designed for example for a maximum load of more than 100 MW, it is advantageous to further divide the combustion air supply, so that in each case an optimal supply to the one Combustion air quantity as well as in relation to the position of the supply line in the Brennermuffel the combustion air is possible. This allows for a sufficiently high lambda values and on the other hand a sufficiently high mixing within the burner muffle, so that a good combustion is achieved.

Diesbezüglich ist es bevorzugt, wenn die zweite und/oder dritte Verbrennungsluftzuführung jeweils im Verhältnis von ca. 30:70 der Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft aufgeteilt sind, wobei der Austritt für den jeweils kleineren Verbrennungsluftstrom näher an den Rotationsachsen vorgesehen ist. Anders ausgedrückt wird beispielsweise die zweite Verbrennungsluftzuführung in zwei separate Verbrennungsluftzuführungen aufgespalten, wobei der weiter in der Nähe der Rotationsachse liegende Teil der zweiten Verbrennungsluftausführung 30% der Querschnittsfläche und der weiter außen liegende Teil der zweiten Verbrennungsluftzuführung 70% der Austrittsquerschnittsfläche aufweist. In selber Weise kann auch die dritte Verbrennungsluftzuführung zweigeteilt werden, wobei ein Teil 30% und der andere 70% der gesamten Austrittsquerschnittsflächen aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Aufteilung besonders gut den Erfordernissen der unterschiedlichen Betriebszustände genügt. Hierbei ist auch berücksichtigt, dass im Bereich der Wand der Brennermuffel ein Kühlluftstrom von Vorteil ist, um die thermische Belastung auf die Brennermuffel zu verringern. Dies wird dadurch unterstützt, dass die außen gelegenen Querschnittsflächen größer dimensioniert sind als die innen gelegenen, so dass hier eine größere Luftmenge einströmen kann. Die beiden Teile der zweiten oder dritten Verbrennungsluftzuführung können auch mit jeweils unterschiedlichen maximalen Auslegungsgeschwindigkeiten betrieben werden.In this regard, it is preferred if the second and / or third combustion air supply are each divided in the ratio of about 30:70 of the outlet cross-sectional areas of the combustion air, wherein the outlet for the smaller combustion air flow is provided closer to the axes of rotation. In other words, for example, the second combustion air supply is split into two separate combustion air supply lines, wherein the part of the second combustion air embodiment located further in the vicinity of the rotation axis has 30% of the cross-sectional area and the more external part of the second combustion air supply has 70% of the exit cross-sectional area. In the same way, the third combustion air supply can be divided into two, with one part having 30% and the other 70% of the total outlet cross-sectional areas. It has been found that such a division satisfies particularly well the requirements of the different operating conditions. This also takes into account that in the wall of the burner muffle a cooling air flow is advantageous to reduce the thermal load on the burner muffle. This is supported by the fact that the external cross-sectional areas are dimensioned larger than the inside, so that here a larger amount of air can flow. The two parts of the second or third combustion air supply can also be operated with different maximum design speeds.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind am Austritt zumindest der ersten und der zweiten Verbrennungsluftzuführungen Dralleinrichtungen zum Beeinflussen der Verbrennungsluftströmungen in einer Kreisbahn um die Rotationsachsen innerhalb der Teillast- und Hauptlastbrennermuffel vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass eine sogenannte Drall- oder Wirbelbrennkammer erzeugt wird. Anders ausgedrückt stellt sich eine Gasströmung ein, die sich um die Rotationsachsen spiralförmig oder schraubenartig dreht beziehungsweise verläuft. Das so in der Brennkammer erzeugte Wirbelprofil der Gasströmung zwingt die Brennstoffpartikel aufgrund der wirkenden Zentrifugalbeschleunigung auf eine Kreisbahn an den Außenwänden der Brennkammer. Hierdurch wird die Verweilzeit der Brennstoffpartikel in der Brennermuffel beziehungsweise in der Ausbrandzone der Brennkammer, welche durch die Brennermuffel mit ausgebildet wird, erhöht, wodurch eine bessere vollständigere Verbrennung erreicht werden kann.In a preferred embodiment, at the outlet of at least the first and the second combustion air feeds, swirl devices are provided for influencing the combustion air flows in a circular orbit about the axes of rotation within the part-load and main-load burner muffle. This ensures that a so-called swirl or whirl combustion chamber is generated. In other words, a gas flow sets in, which rotates or runs around the axes of rotation in a spiral or helical manner. The vortex profile of the gas flow thus generated in the combustion chamber forces the fuel particles due to the centrifugal force acting on a circular path on the outer walls of the combustion chamber. As a result, the residence time of the fuel particles in the burner muffle or in the combustion zone of the combustion chamber, which is formed by the burner muffle, increases, whereby a better more complete combustion can be achieved.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines feststoffgefeuerten Brenners. Ein derartiger Brenner weist mindestens eine erste Verbrennungsluftzuführung, eine zweite Verbrennungsluftzuführung und eine dritte Verbrennungsluftzuführung auf. Außerdem besitzt er eine Brennermuffel, die aus einer Teillastmuffel und einer Hauptlastmuffel besteht, wobei die erste und die zweite Verbrennungsluftzuführung zur Zuführung von Verbrennungsluft in die Teillastmuffel ausgelegt sind. Die dritte Verbrennungsluftzuführung ist zur Zuführung von Verbrennungsluft in die Hauptlastmuffel ausgelegt. Erfindungsgemäß ist der feststoffgefeuerte Heißgaserzeuger in einem kontinuierlichen Betriebszustand zwischen ca. 10% bis 100% seiner maximalen Leistung betreibbar. Ferner ist vorgesehen, dass die Verbrennungsluftzuführung derartig geregelt wird, dass sich eine Flamme bis ca. 30% der maximalen Leistung des feststoffgefeuerten Heißgaserzeugers im Wesentlichen innerhalb der Teillastmuffel befindet.Furthermore, the invention relates to a method for operating a solid-fueled burner. Such a burner has at least a first combustion air supply, a second combustion air supply and a third combustion air supply. In addition, it has a burner muffle, which consists of a partial load muffle and a main load muffle, wherein the first and the second combustion air supply for the supply of combustion air are designed in the part load muffle. The third combustion air supply is designed to supply combustion air into the main muffle. According to the invention, the solids-fired hot gas generator is operable in a continuous operating state between about 10% to 100% of its maximum power. It is further provided that the combustion air supply is controlled such that a flame is up to about 30% of the maximum power of the solids-fired hot gas generator substantially within the part load muffle.

Auch dem Verfahren liegt die erläuterte Erkenntnis zugrunde, dass es bei gattungsgemäßen feststoffgefeuerten Brennern nicht möglich ist, Betriebszustände zu erreichen, die unterhalb von ca. 40% der maximalen ausgelegten Leistung sind. Der Grund dafür ist, dass bei einem Lastbereich von 20% bis 30% der maximalen Last die Strömungsgeschwindigkeiten sowohl der Verbrennungsluft wie auch der Brennstoffzufuhr derart niedrig sind, dass es zu einem Abreißen beziehungsweise Zusammenbrechen der Flamme kommt. Dies wird auch dadurch verursacht, dass die Flamme von der Brennermuffel derart weit entfernt ist, dass keine Stützwirkung durch die Brennermuffel mehr vorhanden ist.The method is also based on the explained finding that in generic solid-fuel burners it is not possible to achieve operating states which are below about 40% of the maximum designed output. The reason for this is that at a load range of 20% to 30% of the maximum load, the flow rates of both the combustion air and the fuel supply are so low that the flame is broken off or collapsed. This is also caused by the fact that the flame of the burner muffle is so far away that no supporting effect through the burner muffle is more present.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Verbrennungsluftzufuhr derart geregelt wird, dass sich die Flamme ab einem Betrag von ca. 30% der maximalen Leistung von der gesamten Brennermuffel, welche durch die Hauptlastmuffel und die Teillastmuffel gebildet wird, im Wesentlichen in die Teillastmuffel zurückzieht. Diese ist kleinvolumiger als die großvolumige Hauptlastmuffel. Hierdurch wird zum einen die Flamme in der Teillastmuffel besser gestützt. Zum anderen wird bei geringerem Strömungsvolumen der Verbrennungsluft wie auch Fördervolumen der Brennstoffzuführung eine ausreichend gute Vermischung und damit eine Verbrennung erreicht, so dass die Flamme nicht zusammenbricht. Hierdurch ist es möglich, den feststoffgefeuerten Brenner kontinuierlich zwischen 10% oder weniger bis zu 100% seiner maximalen Leistung zu betreiben.According to the invention it is therefore provided that the combustion air supply is controlled such that the flame retreats from an amount of about 30% of the maximum power of the entire burner muffle, which is formed by the Hauptlastmuffel and the partial load muffle, substantially in the part load muffle. This is smaller volume than the bulky Hauptlastmuffel. As a result, on the one hand, the flame is better supported in the part load muffle. On the other hand, with a smaller flow volume of the combustion air as well as delivery volume of the fuel supply a sufficiently good mixing and thus a combustion achieved so that the flame does not collapse. This makes it possible to operate the solid-fueled burner continuously between 10% or less up to 100% of its maximum power.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass beim Betrieb um 10% der maximalen Leistung des feststoffgefeuerten Brenners die zweite und dritte Verbrennungsluftzuführung mit ca. 10% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit betrieben werden und dass die erste Verbrennungsluftzuführung mit ca. 70% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit betrieben wird.It is preferably provided that during operation by 10% of the maximum power of the solid-fueled burner, the second and third combustion air supply are operated at about 10% of their maximum design speed and that the first combustion air supply is operated at about 70% of its maximum design speed.

Neben den Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluftzuführungen definiert die Geschwindigkeit, mit der die Verbrennungsluft ausgeblasen wird, das Verbrennungsluftvolumen pro Zeiteinheit. Dies ist maßgeblich für die Beeinflussung des Brennverhaltens. Die Strömungsgeschwindigkeit ist eine gängige Größe, um dieses Volumen der Verbrennungsluft pro Zeiteinheit zu beeinflussen, da die Austrittsquerschnittsflächen konstruktionsbedingt festgelegt sind.In addition to the outlet cross-sectional areas of the combustion air supply lines, the speed with which the combustion air is blown out defines the volume of combustion air per unit time. This is decisive for influencing the burning behavior. The flow rate is a common factor to influence this volume of combustion air per unit time, since the exit cross-sectional areas are determined by design.

Im Rahmen der Erfindung kann unter maximaler Auslegungsgeschwindigkeit insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit verstanden werden, die vorliegt, wenn der Brenner mit 100% seiner Leistung betrieben wird.In the context of the invention, the maximum design speed can be understood as meaning, in particular, the flow rate that is present when the burner is operated at 100% of its power.

Durch den Betrieb der zweiten und dritten Verbrennungsluftzuführung bei ca. 10% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit und der ersten Verbrennungsluftzuführung bei ca. 70% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit wird erreicht, dass bei einem Betrieb um 10% der maximalen Leistung des Brenners die relativ kleine Flamme hauptsächlich durch die erste Verbrennungsluftzuführung mit Verbrennungsluft versorgt wird. Liegt diese Verbrennungsluftzuführung relativ nah an den Rotationsachsen und dem Austritt der Förderluft der Brennstoffzuführung, so wird hierdurch die Flamme ausreichend mit Verbrennungsluft versorgt und zusätzlich unterstützt. Ist die erste Verbrennungsluftzuführung derart ausgebildet, dass sie ihre Verbrennungsluft in die Teillastmuffel leitet, so wird durch die erfindungsgemäße Verfahrenssteuerung auch erreicht, dass vor allem Verbrennungsluft in die Teillastmuffel gelangt. Hierdurch wird eine Versorgung der Flamme, welche sich in die Teillastmuffel zurückgezogen hat, zusätzlich unterstützt.By operating the second and third combustion air supply at about 10% of their maximum design speed and the first combustion air supply at about 70% of their maximum design speed, it is achieved that, when operated at 10% of the burner's maximum output, the relatively small flame is mainly due to the first combustion air supply is supplied with combustion air. If this combustion air supply is relatively close to the axes of rotation and the outlet of the delivery air of the fuel supply, then the flame is sufficiently supplied with combustion air and additionally supported. If the first combustion air supply is designed such that it directs its combustion air into the part-load muffle, it is also achieved by the process control according to the invention that, above all, combustion air reaches the part-load muffle. As a result, a supply of the flame, which has retreated into the partial load muffle, additionally supported.

Bei einem Betrieb des Brenners zwischen ca. 10% und ca. 30% der maximalen Leistung des feststoffgefeuerten Brenners ist es bevorzugt, die erste Verbrennungsluftzuführung kontinuierlich von 70% bis 100% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit zu erhöhen beziehungsweise hochzufahren. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann auch die zweite Verbrennungsluftzuführung kontinuierlich von 10% bis 20% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit erhöht werden. Durch eine oder beide dieser Maßnahmen wird erreicht, dass zwar ausreichend mehr Verbrennungsluft der Flamme zugeführt wird, so dass sie mit bis zu 30% der maximalen Leistung brennen kann, jedoch die Zuführung hauptsächlich durch die Verbrennungsluftzuführungen in der Teillastmuffel erfolgt. Somit wird erreicht, dass sich die Flamme weiterhin hauptsächlich in der Teillastmuffel befindet. Hier wird sie ausreichend gestützt und fällt nicht zusammen, so dass überhaupt ein Betrieb des Brenners bei nur 10% bis 30% der maximalen Leistung des feststoffgefeuerten Brenners möglich ist.In an operation of the burner between about 10% and about 30% of the maximum power of the solid-fueled burner, it is preferable to continuously increase or boost the first combustion air supply from 70% to 100% of its maximum design speed. Additionally or alternatively, the second combustion air supply can be continuously increased from 10% to 20% of its maximum design speed. By one or both of these measures it is achieved that, although sufficiently more combustion air is supplied to the flame, so that it can burn with up to 30% of the maximum power, but the supply is mainly by the combustion air supply in the part load muffle. This ensures that the flame is still mainly located in the part load muffle. Here it is sufficiently supported and does not coincide, so that even a burner operation at only 10% to 30% of the maximum power of the solid-fuel burner is possible.

Vorteilhaft ist es, bei einem Betrieb zwischen 30% und 100% der maximalen Leistung des feststoffgefeuerten Brenners die zweite Verbrennungsluftzuführung kontinuierlich von 20% bis 100% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Durch diese Ausführung wird dem erhöhten Verbrennungsluftbedürfnis der Flamme Rechnung getragen. Die zweite Verbrennungsluftzuführung befindet sich am Rand der Teillastmuffel, so dass durch Erhöhung des Volumenstroms durch die zweite Verbrennungsluftzuführung die Flamme zum einen gut mit zusätzlicher Luft im Bereich der Teillastmuffel versorgt wird, zum anderen auch ein Erstrecken der Flamme in die Hauptlastmuffel unterstützt wird.When operating between 30% and 100% of the maximum output of the solid-fueled burner, it is advantageous to continuously increase the second combustion air supply from 20% to 100% of its maximum design speed. By this design, the increased combustion air requirement of the flame is taken into account. The second combustion air supply is located at the edge of the partial load muffle, so that by increasing the volume flow through the second combustion air supply, the flame is well supplied with additional air in the part of the partial mast, on the other hand also extending the flame is extended into the main muffle.

Grundsätzlich kann im Betrieb ab 30% der maximalen Leistung auch die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft durch die dritte Verbrennungsluftzuführung erhöht werden. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die Strömungsgeschwindigkeit bei einem Betrieb zwischen 40% und 100% der maximalen Leistung des feststoffgefeuerten Brenners kontinuierlich von 10% bis 100% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit erhöht wird.In principle, the flow velocity of the combustion air can be increased by the third combustion air supply in operation from 30% of the maximum power. It is preferred in this case if the flow rate is continuously increased from 10% to 100% of its maximum design speed when operating between 40% and 100% of the maximum power of the solid-fueled burner.

Durch eine derartige Auslegung wird ab 40% ein wesentlicher Teil der Verbrennungsluft über die dritte Verbrennungsluftzuführung zugeführt. Diese führt ihre Verbrennungsluft direkt in die Hauptlastmuffel ein. Da sich, wie bereits erwähnt, ab 30% die Brennflamme tendenziell auch in die Hauptlastmuffel erstreckt, ist es nun erforderlich, auch hier genug Verbrennungsluft zur Verfügung zu stellen. Durch eine deutlich größere Dimensionierung der maximal möglichen Fördermenge an Verbrennungsluft durch die dritte Verbrennungsluftzuführung wird erreicht, dass insbesondere im oberen Leistungsbereich, hauptsächlich Verbrennungsluft direkt in die Hauptlastmuffel zugeführt wird. Somit wird eine ausreichend gute Verbrennung ermöglicht.By such a design is from 40%, a substantial portion of the combustion air supplied via the third combustion air supply. This introduces its combustion air directly into the main muffle. Since, as already mentioned, from 30%, the combustion flame also tends to extend into the main muffle, it is now necessary also to provide enough combustion air here. By significantly larger dimensions of the maximum possible flow rate of combustion air through the third combustion air supply is achieved that, especially in the upper power range, mainly combustion air is fed directly into the main load muffle. Thus, a sufficiently good combustion is possible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:
einen Schnitt durch eine vereinfachte Konstruktion des erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 2:
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner mit verdeutlichter Verbrennungsluftzufuhr;
Fig. 3:
ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise eines erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 4:
einen Schnitt durch den Bereich der Teillastmuffel eines erfindungsgemäßen Brenners; und
Fig. 5:
eine vergrößerte Ansicht der Zuführungen zur Teillastmuffel aus Fig. 4.
The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and schematic drawings. In these drawings show:
Fig. 1:
a section through a simplified construction of the burner according to the invention;
Fig. 2:
a section through a burner according to the invention with clarified combustion air supply;
3:
a diagram for explaining the operation of a burner according to the invention;
4:
a section through the region of the part load muffle of a burner according to the invention; and
Fig. 5:
an enlarged view of the leads to the part load muffle Fig. 4 ,

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Brenners 10 dargestellt. Bei dem dargestellten Brenner handelt es sich um einen feststoffgefeuerten Brenner 10. Die Feststoffzuführung erfolgt über die Brennstoffzuführung 12 am Brennerkopf, bei der beispielsweise Kohlenstaub mittels Förderluft in eine Brennermuffel 20 eingeblasen wird.In Fig. 1 a section is shown by a schematic diagram of a burner 10 according to the invention. The burner shown is a solids-fired burner 10. The solids are supplied via the fuel supply 12 at the burner head, in which, for example, pulverized coal is blown into a burner muffle 20 by means of conveying air.

Die Brennermuffel 20 ist beim erfindungsgemäßen Brenner 10 zweiteilig ausgebildet. Sie besteht aus einer Teillastmuffel 21 und einer Hauptlastmuffel 22, welche sich an die Teillastmuffel 21 anschließt. Die Teillastmuffel 21 wie auch die Hauptlastmuffel 22 sind rotationssymmetrisch aufgebaut und so angeordnet, dass die jeweilige Rotationssymmetrieachse 25 übereinstimmt. Die Teillastmuffel 21 weist ungefähr 5% bis 10% des Volumens der Hauptlastmuffel 22 auf.The burner muffle 20 is formed in two parts in the burner 10 according to the invention. It consists of a partial load muffle 21 and a main load muffle 22, which adjoins the part load muffle 21. The partial load muffle 21 as well as the main load muffle 22 are rotationally symmetrical and arranged so that the respective rotational symmetry axis 25 coincides. The partial load muffle 21 has approximately 5% to 10% of the volume of the main load muffle 22.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der hier skizzenhaft dargestellte feststoffgefeuerte Brenner 10 ein hohes Regelverhältnis von 1:10 aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass durch die zweigeteilte Brennermuffel 20 ein Teillastbereich I sowie ein Hauptlastbereich II im Reaktionsraum definiert werden. Der Reaktionsraum ist das Innenvolumen der Brennermuffel 20. Wird der Brenner 10 bei einer niedrigen Last oder Leistung, beispielsweise 10% seiner maximalen Last betrieben, so werden die Betriebsparameter derart eingestellt, dass sich die Brennerflamme im Wesentlichen im Teillastbereich I befindet. Wird der Brenner 10 hochgefahren und beispielsweise mit 70% seiner Maximallast oder Maximalleistung betrieben, so erstreckt sich die nun vorhandene Brennerflamme vom Teillastbereich I bis weit in den Teillastbereich II hinein.According to the invention, it is provided that the solid-fuel fired burner 10 shown in sketched form has a high control ratio of 1:10. This is achieved by defining a partial load range I and a main load range II in the reaction space through the two-part burner muffle 20. The reaction space is the internal volume of the burner muffle 20. If the burner 10 is operated at a low load or power, for example 10% of its maximum load, the operating parameters are adjusted such that the burner flame is substantially in the partial load range I. If the burner 10 is started up and operated, for example, with 70% of its maximum load or maximum power, then the now existing burner flame extends from the partial load range I to far into the partial load range II.

Dieses Verhalten der Flamme wird durch die Steuerung von Verbrennungsluftzuführungen 30 erreicht. In Fig. 1 sind hierfür drei Verbrennungsluftzuführungen 31, 32, 33 vorgesehen. Die erste und die zweite Verbrennungsluftzuführung 31, 32 führen ihre Verbrennungsluft in die Teillastmuffel 21 zu. Die dritte Verbrennungsluftzuführung 33 ist derart angeordnet, dass ihre Verbrennungsluft direkt in die Hauptlastmuffel 22 zugeführt wird.This behavior of the flame is achieved by the control of combustion air supplies 30. In Fig. 1 For this purpose, three combustion air supply lines 31, 32, 33 are provided. The first and the second combustion air supply 31, 32 lead their combustion air in the partial load muffle 21. The third combustion air supply 33 is arranged such that its combustion air is supplied directly into the main load muffle 22.

Bei Feststoffbrennern des Standes der Technik war es nicht möglich, einen Lastbetrieb von 30% oder weniger der Maximalleistung zu erreichen. Entsprechend der Erfindung wurde erkannt, dass dies unter anderem aufgrund einer ungenügenden Unterstützung der Flamme durch die Brennermuffel 20 erfolgte. Ebenfalls ist im Stand der Technik die Luftzuführung unzureichend angeordnet, so dass es zu einem Abreißen und Ausgehen der Flamme kommt, da an den notwendigen Stellen nicht genug Verbrennungsluft zur Verfügung steht.In solid burners of the prior art, it has not been possible to achieve a load operation of 30% or less of the maximum power. According to the invention, it was recognized that this was due inter alia to insufficient support of the flame by the burner muffle 20. Also, in the prior art, the air supply is insufficiently arranged, so that there is a tearing and going out of the flame, since not enough combustion air is available at the necessary locations.

Dem wurde entsprechend der Erfindung entgegengewirkt, indem eine zweiteilig ausgeführte Brennermuffel 20 vorgesehen wurde. Hierdurch ist es möglich, in einem Niederlast- oder Teillastbetrieb, der sich bis ca. 30% der maximalen Leistung des Brenners 10 erstreckt, eine Flamme im Wesentlichen nur im Teillastbereich I vorzusehen. Um dennoch eine hohe Leistung zu erreichen, ist der Hauptlastbereich II volumenmäßig viel größer ausgebildet, so dass genug Platz für eine ausreichende Verbrennung mit ausreichend Brennstoff zur Verfügung steht.This was counteracted according to the invention by providing a two-piece burner muffle 20 was provided. This makes it possible, in a low-load or part-load operation, which extends to about 30% of the maximum power of the burner 10, to provide a flame substantially only in the partial load range I. Nevertheless, in order to achieve a high performance, the main load area II is formed much larger in volume, so that there is enough space for adequate combustion with sufficient fuel available.

In Fig. 2 ist eine weitere Skizze eines Schnittes durch einen erfindungsgemäßen Brenner 10 gezeigt, in dem nun auch die verschiedenen Zuführungen in den Brennerinnenraum beziehungsweise die Brennermuffel 20 dargestellt sind.In Fig. 2 is a further sketch of a section through a burner 10 according to the invention shown, in which now the various feeds into the burner interior or the burner muffle 20 are shown.

Die Brennermuffel des Brenners 10 ist wiederum zweigeteilt ausgeführt und weist eine Teillastmuffel 21 sowie eine Hauptlastmuffel 22 auf. Die Teillastmuffel 21 weist eine im Wesentlichen konische Form auf. Sie erweitert sich vom Brennerkopf in Richtung der Hauptlastmuffel 22. Der Winkel des Konuses beträgt hier bevorzugt zwischen 15° und 25°.The burner muffle of the burner 10 is again designed in two parts and has a partial load muffle 21 and a main load muff 22. The partial load muffle 21 has a substantially conical shape. It widens from the burner head in the direction of the main load muffle 22. The angle of the cone is here preferably between 15 ° and 25 °.

An die Teillastmuffel 21 schließt sich die Hauptlastmuffel 22 an. Diese hat zu Beginn eine konusartige Grundform, welche später in eine zylinderähnliche Form übergeht. Beide Teile der Muffel 20 sind rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse 25 ausgeführt.At the part load muffle 21, the main load muffle 22 connects. This has at the beginning of a cone-like basic shape, which later merges into a cylinder-like shape. Both parts of the muffle 20 are rotationally symmetrical about a rotation axis 25 executed.

Im Zentrum der Rotationsachse 25 befindet sich am Beginn des Brennerkopfs an der Teillastmuffel 21 ein Startbrenner 13. Um den Startbrenner 13 ist ein Ringspalt vorgesehen, welcher als Brennstoffzuführung 12 vorgesehen ist. Durch diesen Ringspalt kann beispielsweise Kohlenstaub mittels eines Trägermediums wie Luft in den Brennerinnenraum beziehungsweise Reaktionsraum eingeblasen werden. Grundsätzlich können natürlich auch andere feste, zerkleinerte Brennstoffe hierdurch eingeblasen werden.In the center of the axis of rotation 25 is located at the beginning of the burner head to the partial load muffle 21, a starting burner 13. To the starting burner 13, an annular gap is provided, which is provided as a fuel supply 12. By means of this annular gap, for example, pulverized coal can be blown into the burner interior or reaction space by means of a carrier medium, such as air. In principle, of course, other solid, crushed fuels can be blown thereby.

Um den Ringspalt der Brennstoffzuführung 12 ist ein weiterer Ringspalt konzentrisch vorgesehen. Dieser ist mit der ersten Verbrennungsluftzuführung 31 verbunden. Im Bereich des Austrittes der ersten Verbrennungsluft in den Teillastbereich I am Brennerkopf sind Dralleinrichtungen 41 vorgesehen, um der austretenden Verbrennungsluft einen Richtungsimpuls mitgeben zu können.Around the annular gap of the fuel supply 12, a further annular gap is provided concentrically. This is connected to the first combustion air supply 31. In the region of the exit of the first combustion air in the partial load range I at the burner head swirling means 41 are provided in order to be able to impart a directional impulse to the exiting combustion air.

Anschließend an den Ringspalt für die erste Verbrennungsluftzuführung 31 ist ein zweiter Ringspalt vorgesehen, welcher mit der zweiten Verbrennungsluftzuführung 32 verbunden ist. Auch dieser Ringspalt endet in der Teillastmuffel 21. Am Übergang des Ringspaltes für die zweite Verbrennungsluft 32 in den Teillastbereich I sind ebenfalls Dralleinrichtungen 42 vorgesehen, um der einströmenden Verbrennungsluft einen Drallimpuls mitgeben zu können.Subsequent to the annular gap for the first combustion air feed 31, a second annular gap is provided, which is connected to the second combustion air feed 32. This annular gap also ends in the partial load muffle 21. At the transition of the annular gap for the second combustion air 32 into the partial load region I, swirl devices 42 are likewise provided in order to be able to impart a swirl impulse to the incoming combustion air.

Ferner sind noch Öffnungen zur Zuführung der dritten Verbrennungsluft 33 im Bereich der Hauptlastmuffel 22 vorgesehen. Wesentlich ist hierbei an deren Position, dass die Öffnungen direkt in die Hauptlastmuffel, also in den Hauptlastbereich II führen und nicht in den Teillastbereich I. Somit kann der Anteil der Verbrennungsluft, welcher über die dritte Verbrennungsluftzuführung 33 zugeführt wird, direkt in die Hauptlastmuffel geleitet werden.Furthermore, openings are still provided for supplying the third combustion air 33 in the region of the main load muffle 22. It is essential here at their position that the openings lead directly into the main load muffle, ie in the main load area II and not in the partial load range I. Thus, the proportion of combustion air, which is supplied via the third combustion air supply 33, are passed directly into the main load muffle ,

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 nun die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Brenners 10 näher erläutert. Hierbei wird von einer Anordnung der ersten, zweiten und dritten Verbrennungsluftzuführungen 31, 32, 33 entsprechend der Fig. 2 ausgegangen.The following is with reference to the Fig. 3 now the operation of the burner 10 according to the invention explained in more detail. Here, by an arrangement of the first, second and third combustion air supply lines 31, 32, 33 corresponding to the Fig. 2 went out.

In dem Diagramm von Fig. 3 ist auf der Abszisse die Leistung P des erfindungsgemäßen Brenners 10 in Prozent angegeben. Auf der Ordinate ist das Verhältnis der Austrittsgeschwindigkeit zur maximal ausgelegten Austrittsgeschwindigkeit der Verbrennungsluftzuführungen 31, 32, 33 dargestellt. Hierbei stellt der Wert 1 eine vorhandene Austrittsgeschwindigkeit entsprechend der maximal ausgelegten Geschwindigkeit dar.In the diagram of Fig. 3 is given on the abscissa, the power P of the burner 10 of the invention in percent. On the ordinate, the ratio of the exit velocity to the maximum designed exit velocity of the combustion air supply lines 31, 32, 33 is shown. Here, the value 1 represents an existing exit speed corresponding to the maximum designed speed.

Mittels der Austrittsgeschwindigkeit und des Austrittsquerschnitts der entsprechenden Verbrennungsluftzuführung 31, 32, 33 kann der jeweilige Volumenstrom an Verbrennungsluft berechnet werden. Die maximalen Auslegungsgeschwindigkeiten für die Verbrennungsluftzuführung 31, 32, 33 können in Abhängigkeit von dem verwendeten Brennstoff, beispielsweise Braunkohle oder Steinkohle, sowie dem Einsatzzweck des Brenners bestimmt werden.By means of the exit velocity and the outlet cross section of the corresponding combustion air feed 31, 32, 33, the respective volume flow of combustion air can be calculated. The maximum design speeds for the combustion air supply 31, 32, 33 can be determined depending on the fuel used, for example lignite or hard coal, as well as the intended use of the burner.

Im Diagramm sind drei verschiedene Kurven dargestellt, welche mit a, b und c bezeichnet sind. Die Kurve a betrifft die erste Verbrennungsluftzuführung 31, die Kurve b die zweite Verbrennungsluftzuführung 32 und die Kurve c die dritte Verbrennungsluftzuführung 33. Die Addition der über die verschiedenen Verbrennungsluftzuführungen 31, 32, 33 zugeführten Verbrennungsluft ergibt die gesamte Verbrennungsluftmenge. Diese kann aus dem gewünschten Lamdawert und der gewünschten Brennerlast hergeleitet werden. Die Gesamtverbrennungsluftzuführung wird dann auf die verschiedenen Verbrennungsluftzuführungen 31, 32, 33 aufgeteilt.The diagram shows three different curves, labeled a, b and c. The curve a relates to the first combustion air supply 31, the curve b, the second combustion air supply 32 and the curve c, the third combustion air supply 33. The addition of the combustion air supplied via the various combustion air feeds 31, 32, 33 gives the total amount of combustion air. This can be derived from the desired lambda value and the desired burner load. The total combustion air supply is then split among the various combustion air supplies 31, 32, 33.

Bei einer Leistung von 10% der maximal möglichen Leistung des Brenners wird die erste Verbrennungsluftzuführung 31 mit 70% ihrer Auslegungsgeschwindigkeit betrieben. Die zweite Verbrennungsluftzuführung 32 und die dritte Verbrennungsluftzuführung 33 werden jeweils mit 10% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit betrieben. Dieser Betriebszustand mit 10% der maximalen Auslegungsgeschwindigkeit wird auch als Kühlluftstellung bezeichnet. Dies bedeutet, dass ein Großteil der Verbrennungsluft in den Teillastbereich I eingeblasen wird. Dies wiederum hat zur Folge, dass, da auch relativ wenig Brennstoff in die kombinierte Brennermuffel 20 eingeblasen wird, sich die Flamme hauptsächlich im Teillastbereich I befindet.At a power of 10% of the maximum possible power of the burner, the first combustion air supply 31 is operated at 70% of its design speed. The second combustion air supply 32 and the third combustion air supply 33 are each operated at 10% of their maximum design speed. This operating state with 10% of the maximum design speed is also referred to as the cooling air position. This means that a large part of the combustion air is blown into the partial load range I. This in turn has the consequence that, since relatively little fuel is blown into the combined burner muffle 20, the flame is mainly in the partial load range I.

Beim Hochfahren des Brenners von 10% auf 30% der maximalen Leistung wird die erste Verbrennungsluftzuführung 31 kontinuierlich auf ihren Maximalwert erhöht. Die zweite Verbrennungsluftzuführung 23 wird auf ca. 20% ihrer maximalen Auslegegeschwindigkeit kontinuierlich erhöht, wohingegen die dritte Verbrennungsluftzuführung 33 weiterhin mit 10% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit betrieben wird. Dieses kontinuierliche Hochfahren der Luftzufuhr über die erste und zweite Verbrennungsluftzuführung 31, 32 hat den Effekt, dass in dem Teillastbereich I ein höheres Verbrennungsluftvolumen zur Verfügung steht. Dieses Verbrennungsluftvolumen wird durch die Flamme beansprucht, welche mit dem festen Brennstoff betrieben wird. Selbstverständlich wird beim Hochfahren der Last von 10% auf 30% auch die Brennstoffmenge pro Zeit erhöht. Durch die erfindungsgemäße Auslegung verbleibt die Flamme des Brenners 10 weiterhin im Wesentlichen im Teillastbereich I und kann so durch die Teillastmuffel 21 weiterhin gestützt werden.When the burner is raised from 10% to 30% of the maximum power, the first combustion air supply 31 is continuously increased to its maximum value. The second combustion air supply 23 is continuously increased to about 20% of its maximum delivery speed, whereas the third combustion air supply 33 continues to operate at 10% of its maximum design speed. This continuous startup of the air supply via the first and second combustion air feeds 31, 32 has the effect that a higher combustion air volume is available in the partial load range I. This combustion air volume is stressed by the flame, which is operated with the solid fuel. Of course, when the load is raised from 10% to 30%, the amount of fuel per time is also increased. Due to the design according to the invention, the flame of the burner 10 continues to remain substantially in the partial load range I and can thus continue to be supported by the partial load muffle 21.

Soll nun der Brenner vom 30%-igen Lastbereich auf Volllast hochgefahren werden, so wird die erste Verbrennungsluftzuführung 31 weiterhin auf Volllast, das heißt mit ihrer maximalen Auslegegeschwindigkeit betrieben. Die zweite Verbrennungsluftzuführung 32 wird kontinuierlich erhöht. Das heißt, dass die Ausblasgeschwindigkeit von 20% der maximalen Auslegegeschwindigkeit auf 100% der maximalen Auslegegeschwindigkeit kontinuierlich erhöht wird, so dass 100% der maximalen Auslegegeschwindigkeit bei 100% der Leistung des Brenners 10 vorhanden sind.Now, if the burner from the 30% load range are raised to full load, the first combustion air supply 31 is still operated at full load, that is, at its maximum Auslegegeschwindigkeit. The second combustion air supply 32 is continuously increased. That is, the blow-off speed is continuously increased from 20% of the maximum lay-up speed to 100% of the maximum lay-up speed, so that 100% of the maximum lay-up speed is present at 100% of the power of the burner 10.

Die Ausblasgeschwindigkeit der dritten Verbrennungsluftzuführung 33 wird bis ca. 40% der maximalen Last des Brenners bei 10% der Auslegegeschwindigkeit beibehalten. Ab dem Bereich um 40% der maximalen Brennerleistung steigt diese ebenfalls kontinuierlich an, bis sie bei 100% der maximalen Brennerleistung auch ihre maximale Auslegegeschwindigkeit erreicht hat.The blow-off rate of the third combustion air supply 33 is maintained to about 40% of the maximum load of the burner at 10% of the design speed. From the range around 40% of the maximum burner output, this also increases continuously until it reaches its maximum design speed at 100% of maximum burner power.

Durch diese Steuerung insbesondere der zweiten und dritten Verbrennungsluftzuführung 32, 33 erstreckt sich die Brennerflamme erst ab ca. 30% der maximalen Leistung des Brenners auch in den Hauptlastbereich II. Ab 30% beziehungsweise 40% hat die Flamme auch eine derartige Stärke, dass nicht mehr die Gefahr besteht, dass sie aufgrund eines Strömungsabrisses der Verbrennungsluft abreißt beziehungsweise erlischt. Anders ausgedrückt wandert die Flamme ab ca. 30% der maximalen Leistung sukzessive aus der Teillastmuffel 21 in die Hauptlastmuffel 22.By this control, in particular the second and third combustion air supply 32, 33, the burner flame extends only from about 30% of the maximum power of the burner in the main load range II. From 30% or 40%, the flame has such a strength that no longer There is a risk that it breaks off or goes out due to a stall of the combustion air. In other words, the flame migrates gradually from about 30% of the maximum power from the partial load muffle 21 into the main load muffle 22.

Eine weitere Funktionalität der über die dritte Verbrennungsluftzuführung 33 zugeführten Verbrennungsluft ist, dass hiermit auch die wandnahen Ausbrandzonen der Muffel 20 gekühlt werden können. Hierdurch können geringere Anforderungen an die Materialien der Brennermuffel 20 gestellt werden.Another functionality of the combustion air supplied via the third combustion air feed 33 is that the wall-like burnout zones of the muffle 20 can hereby also be cooled. As a result, lower requirements can be made of the materials of the burner muffle 20.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den erfindungsgemäßen Feststoffbrenner 10 von einer 10%-igen Leistung bis zur 100%-igen Leistung kontinuierlich zu betreiben. Dies bedeutet einen Regelbereich von 1:10.With this method according to the invention, it is possible to continuously operate the solid fuel burner 10 according to the invention from a 10% power to 100% power. This means a control range of 1:10.

Somit ist es damit möglich, auch feststoffgefeuerte Brenner für Heißgaserzeuger bei Mahltrocknungsanlagen einzusetzen, wie sie exemplarisch in der Beschreibungseinleitung erörtert wurden.Thus, it is thus possible to use solid-fuel burners for hot gas generators in grinding drying plants, as they were discussed by way of example in the introduction to the description.

In Fig. 4 ist eine detailliertere Ansicht eines Schnittes durch einen erfindungsgemäßen Brenner 10 dargestellt und in Fig. 5 ist eine Vergrößerung des Brennerkopfes an der Teillastmuffel 21 aus Fig. 4 gezeigt.In Fig. 4 is a more detailed view of a section through a burner 10 according to the invention shown and in Fig. 5 is an enlargement of the burner head to the part load muffle 21 Fig. 4 shown.

Im Folgenden wird nun auf eine detailliertere Konstruktion der Luftzuführungen sowie weiterer in diesem Bereich angeordneter Elemente des erfindungsgemäßen Brenners 10 unter Bezugnahme auf beide Figuren 4 und 5 eingegangen. Der Bereich, welcher in Fig. 4 mit A bezeichnet ist, ist in Fig. 5 vergrößert dargestellt.In the following, reference will now be made to a more detailed construction of the air ducts and other elements of the burner 10 according to the invention arranged in this area with reference to both FIGS. 4 and 5 received. The area which in Fig. 4 denoted by A is in Fig. 5 shown enlarged.

Wie bereits ausgeführt, ist der erfindungsgemäße Brenner 10 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Zentral im Bereich der Rotationsachse 25 ist ein Startbrenner 13 mit seiner Zuführung 52 angeordnet. Dieser wird beispielsweise mit Gas oder Öl betrieben. Er dient dazu, den erfindungsgemäßen Brenner 10 zu starten. Hierzu wird der Startbrenner 13 zuerst eine Zeit lang betrieben, bis in der Muffel 20 eine ausreichend hohe Temperatur vorhanden ist, um den eigentlichen feststoffgefeuerten Brenner 10 zu starten.As already stated, the burner 10 according to the invention is essentially rotationally symmetrical. Centrally in the region of the axis of rotation 25, a starting burner 13 is arranged with its feed 52. This is operated for example with gas or oil. It serves to start the burner 10 according to the invention. For this purpose, the starting burner 13 is first operated for a time until a sufficiently high temperature is present in the muffle 20 in order to start the actual solid fuel-fired burner 10.

Um den Startbrenner 13 herum erstreckt sich ein Ringspalt, welcher mit einer Brennstoffzuführung 12 verbunden ist. Über diese kann beispielsweise Kohlenstaub mit Förderluft in den Teillastbereich I eingeblasen werden.Around the start burner 13 extends around an annular gap, which is connected to a fuel supply 12. About this coal dust can be blown with conveying air in the partial load range I, for example.

Mit einem weiteren Ringspalt um den Ringspalt für die Brennstoffzuführung 12 ist die erste Verbrennungsluftzuführung 31 verbunden. Vor dem Eintritt in den Teillastbereich I innerhalb der Teillastmuffe 21 sind im Ringspalt Dralleinrichtungen 41, welche auch als Drallschaufeln bezeichnet werden können, angeordnet, um der eingeblasenen Verbrennungsluft einen Drall in Schraubenform um die zentrale Achse 25 mitgeben zu können.With a further annular gap around the annular gap for the fuel supply 12, the first combustion air supply 31 is connected. Before entering the partial load range I within the partial load sleeve 21, swirl devices 41, which can also be referred to as swirl blades, are arranged in the annular gap in order to be able to impart a twist in helical form about the central axis 25 to the injected combustion air.

In ähnlicher Weise ist um den Ringspalt für die erste Verbrennungsluftzuführung 31 ein weiterer Ringspalt für die zweite Verbrennungsluftzuführung 32 angeordnet. Auch hierbei sind kurz vor dem Austritt wiederum Dralleinrichtungen 42 beziehungsweise Drallschaufeln vorgesehen, um die Verbrennungsluft, die hierdurch ausgeblasen wird, zu verdrallen.Similarly, a further annular gap for the second combustion air supply 32 is arranged around the annular gap for the first combustion air supply 31. Again, swirl devices 42 or swirl vanes are again provided shortly before the outlet in order to twist the combustion air which is thereby blown out.

An die Teillastmuffel 21 schließt sich die Hauptlastmuffel 22 an. In diese wird die dritte Verbrennungsluftzuführung 31 geführt. Diese Zuführung ist in der hier dargestellten Ausführungsform nicht erneut über einen Ringspalt ausgeführt, sondern eine Zuführung 60 für die dritte Verbrennungsluft führt in einen Luftverteiler 61 für die dritte Verbrennungsluft. Diese wiederum ist mit Austrittsöffnungen 62 für die dritte Verbrennungsluft verbunden. Diese Öffnungen führen in den Hauptlastbereich II, also in den Innen- oder Reaktionsraum der Hauptlastmuffel 22. Anders ausgedrückt ist die Luftverteilung 61 mittels einer Maske, welche die Austrittsöffnung 62 aufweist, mit dem Innenraum der Hauptlastmuffel 22 verbunden. Durch die Öffnungen 62 für die dritte Verbrennungsluftzuführung kann der Verbrennungsluft ebenfalls ein Drall aufgegeben werden.At the part load muffle 21, the main load muffle 22 connects. In this, the third combustion air supply 31 is guided. This feed is not carried out again in the embodiment shown here via an annular gap, but a supply 60 for the third combustion air leads into an air distributor 61 for the third combustion air. This in turn is connected to outlet openings 62 for the third combustion air. These openings lead into the main load area II, ie into the interior or reaction space of the main load muff 22. In other words, the air distribution 61 is connected to the interior of the main load muff 22 by means of a mask having the outlet opening 62. Through the openings 62 for the third combustion air supply of the combustion air also a swirl can be given up.

In die Muffel 20 ragt seitlich ein Zündbrenner 51 hinein. Dieser wird verwendet, um den Startbrenner 13 zu starten.Into the muffle 20 projects laterally a pilot burner 51 into it. This is used to start the starting burner 13.

Grundsätzlich kann als Verbrennungsluft durch die erste, zweite und dritte Verbrennungsluftzuführung 31, 32, 33 normale Außenluft zugeführt werden. Wird der erfindungsgemäße Brenner 10 in einem Heißgaserzeuger, insbesondere für Kohlemahlanlagen, verwendet, so ist es vorteilhaft, über die dritte Verbrennungsluftzuführung 33 ein Gemisch aus Außenluft sowie sauerstoffarmer Luft beziehungsweise rezirkulierter Luft zuzuführen. Dies ist erforderlich, da die heißen Prozessgase, welche bei einer Mahltrocknung in Kohlemahlanlagen verwendet werden, einen maximalen Sauerstoffgehalt von 10% aufweisen dürfen, um Staubexplosionen vorzubeugen.In principle, normal external air can be supplied as combustion air through the first, second and third combustion air feeds 31, 32, 33. If the burner 10 according to the invention is used in a hot gas generator, in particular for coal grinding plants, then it is advantageous to supply a mixture of outside air and oxygen-poor air or recirculated air via the third combustion air feed 33. This is necessary because the hot process gases used in mill grinding in coal grinding plants must have a maximum oxygen content of 10% in order to prevent dust explosions.

Mit der erfindungsgemäßen Brennerkonstruktion sowie dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren ist es demnach möglich, einen Feststoffbrenner anzugeben und zu betreiben, welcher ein Regelverhältnis von bis zu 1:10 aufweist.With the burner design according to the invention and the operating method according to the invention, it is therefore possible to specify and operate a solid fuel burner, which has a control ratio of up to 1:10.

Claims (15)

Feststoffgefeuerter Brenner (10)
mit einer Brennstoffzuführung (12) mittels Förderluft,
mit einer Brennermuffel (20) und
mit mindestens einer Verbrennungsluftzuführung (30)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennermuffel (20) in eine Hauptlastmuffel (22) und eine Teillastmuffel (21) unterteilt ist,
dass die Teillastmuffel (21) 5% bis 10% des Volumens der Hauptlastmuffel (22) aufweist,
dass die Teillastmuffel (21) eine konische, rotationssymmetrische Grundform mit einer Rotationsachse (25) aufweist,
dass die Hauptlastmuffel (22) eine rotationssymmetrische Grundform mit einer Rotationsachse (25) aufweist,
wobei die Rotationsachse (25) der Hauptlastmuffel (22) in einer Verlängerung der Rotationsachse (25) der Teillastmuffel (21) liegt, und
dass die Hauptlastmuffel (22) unmittelbar anschließend an die Teillastmuffel (21) vorgesehen ist.
Solid-fueled burner (10)
with a fuel supply (12) by means of conveying air,
with a burner muffle (20) and
with at least one combustion air supply (30)
characterized,
in that the burner muffle (20) is subdivided into a main load muffle (22) and a partial load muffle (21),
that the part-load muffle (21) comprises 5% to 10% of the volume of the main load muffle (22)
that the part-load muffle (21) has a conical, rotationally symmetrical basic shape with an axis of rotation (25),
that the main load muffle (22) has a rotationally symmetrical basic shape with an axis of rotation (25),
wherein the axis of rotation (25) of the main load muffle (22) lies in an extension of the axis of rotation (25) of the partial load muffle (21), and
that the main load muffle (22) immediately subsequent to the partial load muffle (21) is provided.
Feststoffgefeuerter Brenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbrennungsluftzuführung (30) mindestens dreigeteilt ausgeführt ist, dass eine erste Verbrennungsluftzuführung (31) und eine zweite Verbrennungsluftzuführung (32) zum Zuführen von Verbrennungsluft in die Teillastmuffel (21) ausgebildet sind und
dass eine dritte Verbrennungsluftzuführung (33) zum Zuführen von Verbrennungsluft in der Hauptlastmuffel (22) ausgebildet ist.
Solid-fuel burner according to claim 1,
characterized,
in that the combustion air feed (30) is designed in at least three parts, in that a first combustion air feed (31) and a second combustion air feed (32) are provided for feeding combustion air into the partial load muffle (21) and
in that a third combustion air feed (33) for supplying combustion air is formed in the main load muffle (22).
Feststoffgefeuerter Brenner nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Verbrennungsluftzuführung (31) und die zweite Verbrennungsluftzuführung (32) als Ringspalt um die Rotationsachsen (25) ausgeführt sind und
dass die erste Verbrennungsluftzuführung (31) näher an den Rotationsachsen (25) vorgesehen ist als die zweite Verbrennungsluftzuführung (32).
Solid-fuel burner according to claim 2,
characterized,
that the first combustion air supply (31) and the second combustion air supply (32) are designed as an annular gap about the axes of rotation (25) and
that the first combustion air supply (31) is provided closer to the axes of rotation (25) than the second combustion air supply (32).
Feststoffgefeuerter Brenner nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verhältnis der Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der ersten Verbrennungsluftzuführung (31) zu den Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der zweiten Verbrennungsluftzuführung (32) 1:8 bis 1:10 beträgt.
Solid-fuel burner according to one of claims 2 or 3,
characterized,
in that the ratio of the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the first combustion air supply (31) to the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the second combustion air supply (32) is 1: 8 to 1:10.
Feststoffgefeuerter Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verhältnis der Summe der Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der ersten Verbrennungsluftzuführung (31) und der zweiten Verbrennungsluftzuführung (32) zu den Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft der dritten Verbrennungsluftzuführung (33) 1:7 bis 1:11 beträgt.
A solid-fuel burner according to any one of claims 2 to 4,
characterized,
in that the ratio of the sum of the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the first combustion air supply (31) and the second combustion air supply (32) to the outlet cross-sectional areas of the combustion air of the third combustion air supply (33) is 1: 7 to 1:11.
Feststoffgefeuerter Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass Gebläse zum Fördern der Verbrennungsluft zu den Verbrennungsluftzuführungen (31, 32, 33) vorgesehen sind und
dass die maximale Auslegungsgeschwindigkeit der ersten (31) und der zweiten (32) Verbrennungsluftzuführungen 1,8 bis 2,5 mal größer als die maximale Auslegungsgeschwindigkeit der dritten Verbrennungsluftzuführung (33) ist.
Solid-fuel burner according to one of claims 2 to 5,
characterized,
in that blowers are provided for conveying the combustion air to the combustion air feeds (31, 32, 33) and
in that the maximum design speed of the first (31) and second (32) combustion air supplies is 1.8 to 2.5 times greater than the maximum design speed of the third combustion air supply (33).
Feststoffgefeuerter Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite (32) und/oder die dritte (33) Verbrennungsluftzuführung bei einem Brenner mit einer maximalen Leistung von mehr als 10 MW in jeweils zwei oder mehr jeweils unabhängigen Verbrennungsluftzuführungen (32, 33) mit unabhängigen Querschnitten ausgeführt sind.
Solid-fuel burner according to one of Claims 2 to 6,
characterized,
that the second (32) and / or the third (33) combustion air supply in a burner with a maximum power of more than 10 MW in each two or more independent combustion air feeds (32, 33) are executed with independent cross-sections.
Feststoffgefeuerter Brenner nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite (32) und/oder die dritte (33) Verbrennungsluftzuführung jeweils im Verhältnis von ca. 30:70 der Austrittsquerschnittsflächen der Verbrennungsluft aufgeteilt sind, wobei der Austritt für den jeweils kleineren Verbrennungsluft-strom näher an den Rotationsachsen (25) vorgesehen ist.
Solid-fuel burner according to claim 7,
characterized,
that the second (32) and / or the third (33) combustion air supply in each case in the ratio of about 30:70 of the outlet cross-sectional areas of the combustion air are divided, the outlet for the smaller combustion air flow is provided closer to the rotation axes (25) ,
Feststoffgefeuerter Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Austritt zumindest der ersten und der zweiten Verbrennungsluftzuführungen (31, 32) Dralleinrichtungen (41, 42) zum Beeinflussen der Verbrennungsluftströmungen in einer Kreisbahn um die Rotationsachsen (25) innerhalb der Teillast- (21) und Hauptlastmuffel (22) vorgesehen sind.
Solid-fuel burner according to one of claims 1 to 8,
characterized,
in that at the outlet of at least the first and the second combustion air feeds (31, 32) swirling means (41, 42) are provided for influencing the combustion air flows in a circular path about the axes of rotation (25) within the part load (21) and main load muffles (22).
Verfahren zum Betrieb eines feststoffgefeuerten Brenner (10)
mit mindestens einer ersten Verbrennungsluftzuführung (31), einer zweiten Verbrennungsluftzuführung (32) und einer dritten Verbrennungsluftzuführung (33),
mit einer Teillastmuffel (21) und einer Hauptlastmuffel (22),
wobei die erste (31) und die zweite (32) Verbrennungsluftzuführung zur Zufuhr von Verbrennungsluft in die Teillastmuffel (21) ausgelegt sind und die dritte Verbrennungsluftzuführung (33) zur Zuführung von Verbrennungsluft in die Hauptlastmuffel (22) ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der feststoffgefeuerte Brenner (1) in einem kontinuierlichen Betriebszustand zwischen 10% bis 100% seiner maximalen Leistung (P) betreibbar ist und
dass die Verbrennungsluftzuführungen (31, 32, 33) derart geregelt werden, dass sich eine Flamme bis ca. 30% der maximalen Leistung P des feststoffgefeuerten Brenners (1) im Wesentlichen innerhalb der Teillastmuffel (21) befindet.
Method for operating a solid-fueled burner (10)
with at least one first combustion air feed (31), a second combustion air feed (32) and a third combustion air feed (33),
with a partial load muffle (21) and a main load muffle (22),
wherein the first (31) and the second (32) combustion air supply for the supply of combustion air in the part load muffle (21) are designed and the third combustion air supply (33) for supplying combustion air into the main load muffle (22) is designed
characterized,
that the solid fuel burner (1) is operable in a continuous operating state between 10% to 100% of its maximum power (P), and
in that the combustion air feeds (31, 32, 33) are regulated in such a way that a flame is located approximately within the partial load muffle (21) up to approximately 30% of the maximum power P of the solids-fired burner (1).
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Betrieb um 10% der maximalen Leistung (P) des feststoffgefeuerten Brenners (1) die zweite (32) und dritte (33) Verbrennungsluftzuführung mit ca. 10% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit betrieben werden und
dass die erste Verbrennungsluftzuführung (31) mit ca. 70% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit betrieben wird.
Method according to claim 10,
characterized,
that, when operated at 10% of the maximum power (P) of the solid-fueled burner (1), the second (32) and third (33) combustion air supplies are operated at about 10% of their maximum design speed;
that the first combustion air supply (31) is operated at approximately 70% of its maximum design speed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Betrieb zwischen ca. 10% und ca. 30% der maximalen Leistung (P) des feststoffgefeuerten Brenners (1) die erste Verbrennungsluftzuführung (31) kontinuierlich von 70% bis 100% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Method according to one of claims 10 or 11,
characterized,
that when operating between about 10% and about 30% of the maximum power (P) of the solid-fueled burner (1), the first combustion air supply (31) is continuously increased from 70% to 100% of its maximum design speed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Betrieb zwischen ca. 10% und ca. 30% der maximalen Leistung (P) des feststoffgefeuerten Brenners (1) die zweite Verbrennungsluftzuführung (32) kontinuierlich von 10% bis 20% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Method according to one of claims 10 to 12,
characterized,
that when operating between about 10% and about 30% of the maximum power (P) of the solid-fueled burner (1), the second combustion air supply (32) is continuously increased from 10% to 20% of its maximum design speed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Betrieb zwischen ca. 30% und 100% der maximalen Leistung (P) des feststoffgefeuerten Brenners (10) die zweite Verbrennungsluftzufuhr (32) kontinuierlich von 20% bis 100% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Method according to one of claims 10 to 13,
characterized,
that when operating between about 30% and 100% of the maximum power (P) of the solids-fired burner (10), the second combustion air supply (32) is continuously increased from 20% to 100% of its maximum design speed.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Betrieb zwischen ca. 40% und 100% der maximalen Leistung (P) des feststoffgefeuerten Brenners (10) die dritte Verbrennungsluftzuführung (33) kontinuierlich von 10% bis 100% ihrer maximalen Auslegungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Method according to one of claims 10 to 14,
characterized,
that at an operation between about 40% and 100% of the maximum power (P) of the solid-fuel burner (10), the third combustion air supply (33) is continuously increased from 10% to 100% of its maximum design speed.
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