FI98555C

FI98555C - Burner for powdered fuel

Info

Publication number: FI98555C
Application number: FI932236A
Authority: FI
Inventors: Eckart Swoboda; Heinz Graewe; Alfons Leisse
Original assignee: Babcock Energie Umwelt
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1997-07-10
Also published as: EP0571704B1; DK0571704T3; ATE146868T1; FI932236A0; DE59304859D1; FI932236A; EP0571704A3; ES2096112T3; EP0571704A2; FI98555B; DE4217879A1

Abstract

A burner for burning pulverulent fuel with combustion air divided up into concentric part flows has a primary air pipe (6) which conducts primary air or primary gas and coal dust and which is surrounded by a secondary air pipe (11) conducting secondary air and a tertiary air pipe (12) conducting tertiary air. The secondary air pipe (11) is extended into an inner burner throat (13) and the tertiary air pipe (12) is extended into an outer burner throat (14). The secondary air pipe (11) and the tertiary air pipe (12) are in each case connected to a spiral-shaped inlet housing (17, 18) with separate air inlet pipes (24, 25). Arranged both in the secondary air pipe (11) and in the tertiary air pipe (12) are devices for increasing or reducing the swirl. <IMAGE>

Description

9855598555

Poltin pölymäisiä polttoaineita varten Brännare för pulveriserade bränsle 5Burner for dusty fuels Brännare för pulveriserade bränsle 5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa kuvatun kaltainen poltin pölymäisen polttoaineen polttamiseksi.The invention relates to a burner as described in the preamble of claim 1 for burning dusty fuel.

1010

Eräässä tunnetussa hiilipölypolttimessa (EP-OS 0 445 938) sekundääri-ja tertiääri-ilma johdetaan rengasmaisiin ilmanjohtokanaviin säteittäisesti useille pohtimille yhteisestä ilmalaatikosta. Näiden rengaskanavien säteittäisiin sisääntuloputkiin on sijoitettu kuristusläpppiä. Näiden sekundääri-ilmavirrassa sijaitsevien laakei-15 den kuristusläppien asentoa muuttamalla voidaan muuttaa painehäviötä, kun taas tertiääri-ilmavirtaan sijoitetuilla kuristusläpillä säädetään pyörteen voimakkuutta ja ilmamäärää. Kun palamisilmaa johdetaan polttimeen tällaisesta usealle poltti-melle yhteisestä ilmalaatikosta käsin, niin tällöin ei voida säätää mitattavalla tavalla ilmamäärää, ilman jakautumista eikä pyörteen voimakkuutta yksittäisissä 20 pohtimissa eikä polttimen sisäisissä erillisissä ilmavirtauksissa.In a known coal dust burner (EP-OS 0 445 938), secondary and tertiary air is led radially into annular air ducts for several reflectors from a common air box. Throttle flaps are located in the radial inlet tubes of these annular channels. By changing the position of these flat throttle flaps in the secondary air flow, the pressure drop can be changed, while the throttle flaps located in the tertiary air flow control the intensity and air volume of the vortex. When the combustion air is introduced into the burner from such an air box common to several burners, the amount of air, the air distribution and the intensity of the vortex in the individual reflectors and in the separate air flows inside the burner cannot be measured in a measurable manner.

Patenttijulkaisun DE-PS 32 10 368 perusteella tunnetaan hiilipölypoltin, joka on varustettu kahdella rengasmaisella ilmanjohtokanavalla, joihin johdetaan sekundääri- ja tertiääri-ilmaa säteittäisesti sijaitsevan ilmalinjan läpi. Kumpikin 25 rengaskanava päättyy omaan poltinnieluun. Sekundääri-ilmaa johtavaan rengas-kanavaan on sijoitettu pyörreläppiä.DE-PS 32 10 368 discloses a coal dust burner provided with two annular air ducts into which secondary and tertiary air is passed through a radially located air line. Each of the 25 ring channels terminates in its own burner drain. A vortex flap is placed in the ring duct conducting the secondary air.

Alalla tunnetaan edelleen hiilipölypoltin (Miteilungen der VGB. 50. lehti, 1958, sivu 348), joka on varustettu kierteen muotoisella ilman sisääntulopesällä. Tällä 30 tavalla aikaansaatu ilman tangentiaalinen tulovirtaus johtaa jatkuvaan siirtymiseen akselin suuntaiseksi ilmavirtaukseksi, jolloin painehäviö pohtimissa pienenee ja ilman jakautuminen tasoittuu. Tähän kierteen muotoiseen ilman sisääntu-lopesään on sijoitettu säteittäisiä pyörreläppiä, joiden avulla voidaan muuttaa 2 98555 pyörrettä. Tällaista pyörresäätöä käytettäessä ei päästä eroon aina läsnäolevasta jäännöspyörteestä.A coal dust burner (Miteenungen der VGB. Journal 50, 1958, page 348) with a helical air inlet housing is still known in the art. The tangential air flow achieved in this way results in a continuous transition to an axial air flow, whereby the pressure drop in the reflectors is reduced and the air distribution is equalized. Radial swirl flaps are placed in this helical air inlet end to change 2 98555 vortices. When using such a vortex adjustment, it is not always possible to get rid of the residual vortex present.

Oheinen keksintö perustuu tehtävään muokata tavanomaista poltinta siten, että 5 vapausasteiden, jotka ovat käytettävissä polttimen optimointiin typpioksidien muodostumisen vähentämiseksi, lukumäärä saadaan suuremmaksi.The present invention is based on the task of modifying a conventional burner so as to increase the number of degrees of freedom available for optimizing the burner to reduce the formation of nitrogen oxides.

Tämä tehtävä on ratkaistu tavanomaisen polttimen tapauksessa patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa kuvatulla tavalla. Alivaatimukset kohdistuvat keksin-10 nön edullisiin suoritusmuotoihin.This object is solved in the case of a conventional burner as described in the characterizing part of claim 1. The subclaims relate to preferred embodiments of the invention.

Keksinnön mukaisen polttimen tunnusomaisena piirteenä on yksilöllisesti säädettävä erillisilmasyöttö, jossa sekundääri-ilmavirta ja tertiääri-ilmavirta saadaan jakautumaan tasaisesti kyseessä olevan virtauspoikkileikkauksen yli 15 ilman tangentiaalisen tulovirtauksen avulla. Yksittäisten ilmavirtojen pyörrettä voidaan lisätä tai vähentää tai se voidaan poistaa yksilöllisesti sekundääri-ilmaputkeen ja tertiääri-ilmaputkeen sijoitetuilla pyörrevälineillä, jolloin sisäisessä palamisvyöhykkeessä kyetään vaikuttamaan polttoaineen ja palamisilman sekoittumistehokkuuteen kulloinkin käytettävästä poltoaineesta riippuen, ja 20 jolloin saadaan aikaan tätä sisäistä palamisvyöhykettä ympäröivä pysyvä virtaus. Tällä tavalla syntyy sisäinen palamisvyöhyke, jossa ilmasuhde on pieni, sekä runsaammin happea sisältävä pysyvä liekkivaippa, josta runsaasti polttoainetta sisältävä liekki saa hidastetusti happea, ja joka estää tulitilan seinien korroosiota ilmakehänsä ansiosta.The burner according to the invention is characterized by an individually adjustable separate air supply, in which the secondary air flow and the tertiary air flow are made evenly distributed over the flow cross section in question by means of a tangential air flow. The vortex of the individual air streams can be increased or decreased or removed individually by vortex means located in the secondary air tube and the tertiary air tube, whereby the mixing efficiency of the fuel and combustion air in the internal combustion zone can be influenced. In this way, an internal combustion zone with a low air ratio is created, as well as a more oxygen-rich permanent flame jacket, from which the fuel-rich flame receives oxygen slowly, and which prevents corrosion of the walls of the firebox due to its atmosphere.

2525

Keksinnön eräs suoritusmuoto on esitetty piirustuksissa, ja se kuvataan seuraa-vassa yksityiskohtaisemmin. Tässä piirustuksessa kuvio 1 esittää polttimen pitkittäistä poikkileikkausta ja 30 kuvio 2 esittää leikkausta kuvion 1 linjaa ΙΙ-Π pitkin.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. In this drawing, Fig. 1 shows a longitudinal cross-section of the burner and Fig. 2 shows a section along the line ΙΙ-Π in Fig. 1.

3 985553 98555

Poltin, jossa on tarkoitus polttaa hiilipölyä, käsittää polttimen pituusakselilla 1 olevan öljypoltinsytytysputken 2, joka sijaitsee ydinilmaputken 3 sisällä. Öljypol-tinsytytysputken 2 etupäässä on öljynsumutussuutin 4. Ydinilmaputkeen 3, öljyn-sumutussuuttimen 4 lähelle on sijoitettu pyörrekappale 5.The burner for burning coal dust comprises an oil burner ignition pipe 2 on the longitudinal axis 1 of the burner, which is located inside the nuclear air pipe 3. At the front end of the oil burner ignition pipe 2 there is an oil spray nozzle 4. A vortex body 5 is placed in the nuclear air pipe 3, near the oil spray nozzle 4.

55

Ydinilmaputkea 3 ympäröi primääri-ilmaputki 6 siten, että putkien väliin muodostuu sylinterimäinen rengaskanava. Primääri-ilmaputki 6 on liitetty loppupääs-tään suuntaansa muuttavan kappaleen 7 avulla pölylinjaan 8, joka johtaa myllyyn, jota ei ole esitetty tässä kuviossa. Primääri-ilman tai primäärikaasun ja hiilipölyn 10 seosta syötetään pölylinjaa 8 pitkin primääri-ilmaputkeen 6. Primääri-ilmaput-keen 6 on sijoitettu pyörreväline 9 eräälle akselin suuntaiselle etäisyydelle ulostulopäästä, joka pyörreväline 9 on kiinnitetty ydinilmaputkeen 3. Tämän pyörrevälineen 9 vaikutuksesta primääri-ilmaa tai primäärikaasua ja hiilipölyä sisältävä virta joutuu pyörivään virtaukseen. Primääri-ilmaputken ulostulopäähän 15 on asennettu renkaan 10 muotoisia elementtejä, jossa renkaassa on säteen suuntaisesti sisääntyöntyvä reuna. Tämä reuna ulottuu primääri-ilmaa tai primäärikaasua ja hiilipölyä käsittävään virtaan saakka.The nuclear air tube 3 is surrounded by a primary air tube 6 so that a cylindrical annular channel is formed between the tubes. The primary air pipe 6 is connected at its end end by means of a deformable body 7 to a dust line 8 leading to a mill not shown in this figure. A mixture of primary air or primary gas and coal dust 10 is fed along the dust line 8 to the primary air tube 6. The primary air tube 6 is provided with a vortex means 9 at an axial distance from the outlet end, which vortex means 9 is attached to the core air tube 9. the stream containing the primary gas and coal dust enters a rotating flow. Mounted on the outlet end 15 of the primary air tube are ring-shaped elements with a radially projecting edge. This edge extends to a stream comprising primary air or primary gas and coal dust.

Primääri-ilmaputkea 6 ympäröi samanakselinen sekundääri-ilmaputki 11 siten, 20 että niiden väliin muodostuu sylinterimäinen rengaskanava, ja tätä sekundääri-ilmaputkea 11 ympäröi puolestaan samanakselinen tertiääri-ilmaputki 12 siten, että niiden väliin muodostuu sylinterimäinen rengaskanava. Sekundääri-ilmaputki 11 ulottuu primääri-ilmaputken 6 yli polttimen pituusakselin 1 suunnassa ja se käsittää kartiomaisesti ulospäin laajenevan osan eli sisemmän poltinnielun 13.The primary air tube 6 is surrounded by a coaxial secondary air tube 11 so as to form a cylindrical annular channel therebetween, and this secondary air tube 11 is in turn surrounded by a coaxial tertiary air tube 12 so as to form a cylindrical annular channel therebetween. The secondary air tube 11 extends over the primary air tube 6 in the direction of the longitudinal axis 1 of the burner and comprises a conically outwardly expanding part, i.e. an inner burner drain 13.

25 Myös tertiääri-ilmaputki 12 on pitempi kuin primääri-ilmaputki 6 ja sekin käsittää kartiomaisesti ulospäin laajenevan osan eli ulomman poltinnielun 14, joka ympäröi sisempää poltinnielua 13 säteen suuntaisella etäisyydellä. Ulompi poltinnielu 14 päättyy polttimen suuaukkoon 15, joka on tehty jäähdytetyistä putkista muodostuvaan tulitilan seinämään 16. Sisempi poltinnielu 13 on yhtä 30 pitkä kuin ulompi poltinnielu 14 ja se ulottuu samoin polttimon suuaukkoon 15 saakka. Mahdollista on myös se, että sisempi poltinnielu 13 on lyhempi ja päättyy jollekin etäisyydelle polttimen suuaukosta 15. Ulomman poltinnielun 14 ja 4 98555 polttimen pituusakselin 1 väliin muodostuva kaltevuuskulma voi vastata sisemmän poltinnielun 13 kaltevuuskulmaa tai poiketa siitä.The tertiary air tube 12 is also longer than the primary air tube 6 and also comprises a conically outwardly expanding part, i.e. an outer torch 14, which surrounds the inner torch 13 at a radial distance. The outer burner sink 14 terminates in a burner mouth 15 made in the wall 16 of the firebox formed of cooled tubes. The inner burner sink 13 is as long as the outer burner sink 14 and similarly extends to the bulb mouth 15. It is also possible that the inner torch 13 is shorter and terminates at some distance from the burner mouth 15. The angle of inclination formed between the outer torch 14 and the longitudinal axis 1 of the torch 1 98555 may correspond to or deviate from the angle of the inner torch 13.

Kuvion 1 mukaisesti molempia poltinnieluja 13,14 jäähdytetään ja ne muodostu-5 vat putkista, jotka on taivutettu tulitilan seinämän 16 putkista. Poltinnielut 13,14 voivat myös muodostua peltivaipoista, joita jäähdytetään ilmalla.According to Figure 1, both burner sinks 13, 14 are cooled and consist of pipes bent from pipes 16 in the wall of the firebox. The burner sinks 13,14 may also consist of sheet metal casings which are cooled by air.

Jokaisen yksittäisen polttimen sekundääri-ilmaputken 11 ja tertiääri-ilmaputken 12 loppupää on liitetty kulloinkin kierteen muotoiseen sisääntulopesään 17,18, 10 jotka pesät on yhdistetty säätöläpät 22,23 käsittäviin yksittäisiin ilmansyöttölinjoi-hin 24,25, ja joista saadaan sekundääri-ilmaputkeen 11 sekundääri-ilmaa ja tertiääri-ilmaputkeen 12 tertiääri-ilmaa palamisilman osavirtoina. Sisääntulopesis-sä 17,18 on ilmavirtauksen suuntaisia kierteen muotoisia ohjauslevyjä 19. Nämä sisääntulopesät 17,18 huolehtivat tässä kuvatussa yksittäisessä ilmasyötössä siitä, 15 että ilma jakautuu tasaisesti sekundääri-ilmaputken 11 ja tertiääri-ilmaputken 12 rengasmaisen poikkileikkauksen poikki.The end of the secondary air tube 11 and the tertiary air tube 12 of each individual burner are in each case connected to a helical inlet housing 17, 18, 10 which are connected to individual air supply lines 24,25 comprising control flaps 22,23 and which provide a secondary air tube 11. air and 12 tertiary air to the tertiary air tube as partial streams of combustion air. The inlet housing 17,18 has helical baffles 19 in the direction of the air flow. In the single air supply described here, these inlet housings 17,18 ensure that the air is evenly distributed across the annular cross-section of the secondary air tube 11 and the tertiary air tube 12.

Polttimeen on asennettu välittömästi ennen sekundääri-ilmaputken 11 ja tertiääri-ilmaputken 12 ulostulopäätä kulloinkin yksi väline pyörteen säätämiseksi, joka 20 väline käsittää ristikkäiset, kääntyvästi laakeroidut, akselinsuuntaiset pyörreläpät 20,21, joiden asentoa voidaan muuttaa ulkoa käsin tangon ja käyttölaitteen, joita ei olla esitetty, avulla. Näiden akselinsuuntaisten pyörreläppien 20,21 avulla sekundääri-ilmaan ja tertiääri-ilmaan aiheutetaan pyörre, jonka voimakkuutta voidaan säätää. Riippuen siitä, missä asennossa nämä pyörreläpät 20,21 ovat 25 ilmavirtaukseen nähden, ne joko voimistavat tai heikentävät sitä pyörrettä, jonka sisääntulopesä 17,18 aiheuttaa ilmavirtaan. Erikoistapauksissa pyörteestä päästään kokonaan eroon.Immediately before the outlet end of the secondary air tube 11 and the tertiary air tube 12, the burner is provided with one means for adjusting the vortex, the means comprising crossed, pivotally mounted axial vortex flaps 20,21, the position of which can be changed from the outside by a rod and actuator , using. These axial vortex flaps 20,21 create a vortex in the secondary air and the tertiary air, the intensity of which can be adjusted. Depending on the position of these vortex flaps 20,21 with respect to the air flow 25, they either amplify or weaken the vortex caused by the inlet housing 17,18 to the air flow. In special cases, the vortex is completely eliminated.

Sellaisessa polttimessa, jossa on tarkoitus polttaa yksinomaan sellaista hiilipölyä, 30 jonka koostumus ja laatu pysyvät muuttumattomana, voidaan myös käyttää tiettyyn arvoon kiinteästi säädettyä pyörrevälinettä, joka aiheuttaa määrätyn pyörrevoimakkuuden.In a burner intended solely to burn coal dust whose composition and quality remain unchanged, it is also possible to use a vortex means fixed to a certain value, which causes a certain vortex intensity.

5 985555,98555

Primääri-ilmaputkeen 6 sijoitettu pyörreväline 9 aiheuttaa pyörivän virtauksen, joka johtaa tasaiseen virtaukseen primääri-ilmaputken 6 läpi. Samalla tässä seosvirrassa hiilipöly rikastuu primääri-ilmaputken 6 uloimpaan reunaan. Seosvir-ran poistuessa primääri-ilmaputkesta 6 ulostulokohtaan asennettu rengas 10 5 rikkoo hiilipölypitoisuuden reuna-alueessa, jolloin syntyy uusia pyörteitä. Nämä uudet pyörteet johtavat hiilipölyn nopeampaan kuumenemiseen sekä hiilipölyn riittävään sekoittumiseen sekundääri-ilman osan kanssa. Hiilipölypitoisuus polt-timen suuaukon 15 määrätyssä kohdassa aiheuttaa osittain hyvinkin voimakasta ilmavajausta, jota esiintyy samassa paikassa ja samaan aikaan hiilipölyn kaasutus-10 vaiheen kanssa.The vortex means 9 placed in the primary air tube 6 causes a rotating flow which results in a uniform flow through the primary air tube 6. At the same time, in this mixture stream, carbon dust is enriched at the outer edge of the primary air pipe 6. As the mixture flow exits the primary air pipe 6, a ring 10 5 mounted at the outlet breaks the carbon dust content in the peripheral region, creating new vortices. These new vortices result in faster heating of the coal dust as well as adequate mixing of the coal dust with the secondary air portion. The concentration of carbon dust at a certain point in the burner mouth 15 causes in part a very strong air shortage, which occurs at the same place and at the same time as the carbon dust gasification stage.

Polttimeen yksitellen ja säädettävänä määränä syötetty sekundääri- ja tertiääri-ilma jakautuvat kierteen muotoisen sisääntulopesän 17,18 ansiosta tasaisesti virtauspoikkileikkauksen poikki. Pyörrettä, jonka sisääntulopesä 17 on aiheutta-15 nut sekundääri-ilmaan, säädetään välittömästi ennen sekundääri-ilmaputken 11 ulostulopäätä sijaitsevilla pyörreläpillä 20 siten, että pyörteen voimakkuus saadaan nollan ja suurimman arvon välille. Tällä tavalla pyörteen voimakkuus voidaan säätää poltettavaa hiilipölyä vastaavaksi siten, että hiilipölyn varma syttyminen ja stabiili alkuliekki saadaan taatuiksi jokaisessa käyttötilanteessa.The secondary and tertiary air supplied to the burner individually and in an adjustable amount are evenly distributed across the flow cross section due to the helical inlet housing 17,18. The vortex caused by the inlet housing 17 to the secondary air is adjusted by the vortex flaps 20 located immediately before the outlet end of the secondary air tube 11 so that the intensity of the vortex is obtained between zero and the maximum value. In this way, the intensity of the vortex can be adjusted to correspond to the coal dust to be burned, so that a safe ignition of the coal dust and a stable initial flame are guaranteed in each operating situation.

20 Tertiääri-ilman pyörteen voimakkuutta muutetaan näillä pyörreläpillä 21, jolloin aikaan saadaan stabiili, kuhunkin käyttötilanteeseen sopeutettava virtaus, joka ympäröi sisempää, runsaasti polttoainetta sisältävää liekkialuetta, ja viivästyttää tällä tavalla ajallisesti ja paikallisesti hapen sekoittumista, samalla kun happea rikastuu liekin laajennuksen reuna-alueisiin. Tällä tavalla tietyssä, laadullisesti 25 millaista tahansa hiilipölyä varten tarkoitetussa polttimessa saadaan aikaan olosuhteet, joissa typpioksidien muodostuminen tukahtuu palamiskäyttäytymisen ollessa optimaalista.The vortex intensity of the tertiary air is varied by these vortex flaps 21 to provide a stable, adaptable flow surrounding the inner, fuel-rich flame area, thereby delaying oxygen mixing over time and locally while enriching the oxygen at the edge of the flame expansion. In this way, in a given burner, qualitatively for any kind of carbon dust, conditions are provided in which the formation of nitrogen oxides is suppressed when the combustion behavior is optimal.

Claims

6 98555

A burner for burning dusty fuel by means of combustion air divided into concentric partial streams, the burner having a primary air or primary gas pipe (6) conducting primary fuel and surrounded by a secondary air pipe (11) conducting secondary air and tertiary air an air tube (12) having a conically expanding portion (13) as an extension of the secondary air tube (11) and a conically expanding portion (14) as an extension of the tertiary air tube (12), and having a vortex means disposed in the secondary air tube (11); , characterized in that both the secondary air tube (11) and the tertiary air tube (12) are connected in each case to a helical inlet housing (17, 18), which housings are connected to separate air supply lines (24, 25) and to the inlet housings (17). , 18) are provided with baffles (19), and that both the secondary air tube (11) and the tertiary air tube (12) each comprise a spacer to increase or decrease the vortex. 15

Burner according to Claim 1, characterized in that the means for increasing or decreasing the vortex, which are in each case mounted on the secondary air tube (11) and the tertiary air tube (12), consist of adjustable axial vortex flaps (20, 21). 20

Burner according to Claim 1, characterized in that the vortex generator consists of a fixed vortex means.

Burner according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a nuclear air tube (3) with an oil-ignition burner tube (2) is arranged in the primary air tube (6) and in a core air tube (6) inside the primary air tube (6). 3) a vortex means (9) is attached.

Burner according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a ring (10) running around the pipe is mounted at the end of the pri-30 air pipe (6) and has a radially projecting edge which extends into the primary air and carbon dust upstream. 7 98555

Burner according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the conically expanding part of the secondary air pipe (11) consists of cooled pipes. 5 8 98555