LU88188A1

LU88188A1 - Oxy-coal burner

Info

Publication number: LU88188A1
Application number: LU88188A
Authority: LU
Inventors: Nikolas Ponghis
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1991-11-06
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1993-05-17
Also published as: BE1005524A6

Description

REVENDICATION DE LA PRIORITE de la demande de brevetCLAIM OF THE PRIORITY of the patent application

En BelgiqueIn Belgium

Du 06.11.1992From 06.11.1992

No 09101026 Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande deNo. 09101026 Brief Description filed in support of a request for

BREVET D'INVENTION auPATENT OF INVENTION at

Luxembourg au nom de : centre de recherches métallurgiquesLuxembourg on behalf of: metallurgical research center

Association sans but lucratif 47 rue Montoyer B - 1040 BRUXELLES / Belgique pour: Brûleur oxy-charbonNon-profit association 47 rue Montoyer B - 1040 BRUXELLES / Belgium for: Oxy-coal burner

Brûleur oxv-charbon.Oxv-coal burner.

La présente invention concerne un brûleur oxy-charbon, utilisable en particulier pour injecter du charbon dans un four à cuve tel qu'un haut fourneau.The present invention relates to an oxy-coal burner, usable in particular for injecting coal into a tank furnace such as a blast furnace.

On sait que l'injection d'un combustible auxiliaire dans un processus de combustion permet de remplacer une partie, parfois importante, du combustible usuel par exemple lorsque le prix de ce dernier atteint des valeurs jugées excessives. Cette situation existe depuis plusieurs années dans la fabrication de la fonte dans les hauts fourneaux, où l'on cherche à réduire la consommation de coke.It is known that the injection of an auxiliary fuel into a combustion process makes it possible to replace a part, sometimes significant, of the usual fuel for example when the price of the latter reaches values considered excessive. This situation has existed for several years in the manufacture of cast iron in blast furnaces, where efforts are being made to reduce the consumption of coke.

Il a déjà été proposé d'injecter dans les hauts fourneaux un combustible auxiliaire soit liquide tel que le fioul, soit gazeux tel que le gaz naturel ou le gaz de four à coke, soit encore solide tel que le charbon pulvérisé ou le lignite. D'un point de vue économique, il apparaît que l'injection de charbon pulvérisé constitue actuellement la technique la plus intéressante dans de nombreux cas. L'économie réalisée dépend évidemment, d'une part de la quantité de combustible, en particulier de coke, remplacée par le charbon pulvérisé, et d'autre part de la différence de prix entre ces deux combustibles.It has already been proposed to inject into blast furnaces an auxiliary fuel either liquid such as fuel oil, or gaseous such as natural gas or coke oven gas, or still solid such as pulverized coal or lignite. From an economic point of view, it appears that the injection of pulverized coal is currently the most advantageous technique in many cases. The savings achieved obviously depend, on the one hand, on the quantity of fuel, in particular coke, replaced by pulverized coal, and on the other hand on the price difference between these two fuels.

On sait par ailleurs que la combustion est essentiellement une réaction de surface qui se déroule de façon d'autant plus rapide et complète que la surface de contact entre le combustible et l'oxygène est plus grande. C'est la raison pour laquelle un combustible solide comme le charbon est injecté sous forme pulvérisée.It is also known that combustion is essentially a surface reaction which takes place all the more quickly and completely the greater the contact surface between the fuel and the oxygen. This is the reason why a solid fuel like coal is injected in pulverized form.

Il existe une multitude de dispositifs destinés à injecter un combustible auxiliaire tel que du charbon pulvérisé, et de l'oxygène dans un réacteur où se déroule un processus de combustion. En général, ces dispositifs sont conçus de telle façon que les jets de charbon et d'oxygène se cou- pent en un point déterminé, soit juste à la sortie du dispositif, soit en amont de cette sortie, c'est-à-dire à l'intérieur du dispositif, soit encore en aval de cette sortie, c'est-à-dire à l'extérieur du dispositif. La mise en contact du charbon avec l'oxygène n'est cependant pas encore optimale, en raison de la difficulté de disperser le charbon pulvérisé dans le courant d'oxygène.There are a multitude of devices intended to inject auxiliary fuel such as pulverized coal, and oxygen into a reactor where a combustion process takes place. In general, these devices are designed in such a way that the jets of carbon and oxygen intersect at a determined point, either just at the outlet of the device, or upstream of this outlet, that is to say inside the device, or even downstream of this outlet, that is to say outside the device. The contacting of the carbon with the oxygen is however not yet optimal, because of the difficulty of dispersing the pulverized coal in the oxygen stream.

La présente invention a pour objet de proposer un dispositif du type brûleur oxy-charbon, qui permet, par des moyens simples, d'améliorer la mise en contact du charbon avec l'oxygène et ainsi d'accroître la quantité de charbon injectable en garantissant une combustion plus rapide et plus complète du charbon.The object of the present invention is to provide a device of the oxy-coal burner type, which makes it possible, by simple means, to improve the contacting of the coal with oxygen and thus to increase the quantity of injectable carbon by guaranteeing faster and more complete combustion of coal.

Il convient de préciser ici que le terme oxygène utilisé dans la présente demande désigne en fait tout gaz oxydant utilisable pour la combustion, depuis l'air atmosphérique, éventuellement enrichi ou même appauvri en oxygène, jusqu'à l'oxygène industriellement pur.It should be specified here that the term oxygen used in the present application in fact designates any oxidizing gas which can be used for combustion, from atmospheric air, possibly enriched or even depleted in oxygen, up to industrially pure oxygen.

Conformément à la présente invention, un brûleur oxy-charbon, qui comporte une enveloppe extérieure dans laquelle sont logés au moins un conduit à charbon pulvérisé et au moins un conduit à oxygène disposés parallèlement suivant la direction longitudinale du brûleur, est caractérisé en ce qu'au moins un desdits conduits à oxygène comporte, au voisinage de son extrémité d'aval, des moyens pour créer au moins une zone de turbulence dans le courant d'oxygène circulant en aval desdits moyens.According to the present invention, an oxy-coal burner, which comprises an outer casing in which are housed at least one pulverized coal duct and at least one oxygen duct arranged parallel in the longitudinal direction of the burner, is characterized in that at least one of said oxygen conduits comprises, in the vicinity of its downstream end, means for creating at least one zone of turbulence in the stream of oxygen flowing downstream of said means.

Dans une réalisation particulière, le brûleur comprend un conduit tubulaire central pour le charbon pulvérisé, entouré d'un conduit périphérique pour l'oxygène, ce conduit périphérique étant fermé au voisinage de son extrémité de sortie, par une plaque percée d'au moins un groupe de trous.In a particular embodiment, the burner comprises a central tubular duct for pulverized coal, surrounded by a peripheral duct for oxygen, this peripheral duct being closed near its outlet end, by a plate pierced with at least one group of holes.

Dans une autre réalisation particulière, le brûleur comprend un conduit tubulaire central pour le charbon pulvérisé, entouré d'un conduit périphérique pour l'oxygène, et ce conduit périphérique comporte, au voisinage de son extrémité de sortie, au moins deux déflecteurs uniformément répartis suivant le périmètre du conduit périphérique, lesdits défiée- teurs étant constitués par des dièdres s'ouvrant vers la sortie du conduit et étant disposés radialement entre la paroi extérieure et la paroi intérieure du conduit périphérique.In another particular embodiment, the burner comprises a central tubular duct for pulverized coal, surrounded by a peripheral duct for oxygen, and this peripheral duct comprises, in the vicinity of its outlet end, at least two deflectors uniformly distributed along the perimeter of the peripheral duct, said deflectors being constituted by dihedrons opening towards the outlet of the duct and being arranged radially between the outer wall and the inner wall of the peripheral duct.

Les moyens pour créer au moins une zone de turbulence dans le courant d'oxygène peuvent être situés à l'extrémité de sortie du brûleur, c'est-à-dire de telle façon que leur extrémité d'aval soit située dans la section de sortie du brûleur. Dans ce cas, les zones de turbulence sont créées à l'extérieur du brûleur.The means for creating at least one zone of turbulence in the oxygen stream can be located at the outlet end of the burner, that is to say in such a way that their downstream end is located in the section of burner outlet. In this case, the turbulence zones are created outside the burner.

Selon une caractéristique supplémentaire du brûleur de l'invention, l'extrémité d'aval desdits moyens de création d'au moins une zone de turbulence est située à une distance intérieure L de l'extrémité de sortie du brûleur, telle que L < 20 D, D étant le diamètre intérieur dudit conduit périphérique.According to an additional characteristic of the burner of the invention, the downstream end of said means for creating at least one turbulence zone is located at an internal distance L from the outlet end of the burner, such that L <20 D, D being the internal diameter of said peripheral duct.

De préférence, cette distance L est comprise entre 1,5 D et 10 D.Preferably, this distance L is between 1.5 D and 10 D.

De cette manière, les zones de turbulence sont créées à l'intérieur du conduit périphérique et elles ne sont pas immédiatement amorties par 1'air ambiant.In this way, the turbulence zones are created inside the peripheral duct and they are not immediately absorbed by the ambient air.

De plus, l'extrémité de sortie du conduit tubulaire central peut être située entre l'extrémité desdits moyens pour créer au moins une zone de turbulence et la section de sortie du brûleur. De la sorte, le charbon pulvérisé est délivré dans les zones de turbulence créées à l'intérieur du brûleur et il se mélange ainsi intimement et uniformément à l'oxygène. L'objet de l'invention sera maintenant exposé de manière plus détaillée, au moyen de divers exemples de réalisation illustrés dans les dessins annexés, dans lesquels laIn addition, the outlet end of the central tubular conduit can be located between the end of said means to create at least one zone of turbulence and the outlet section of the burner. In this way, the pulverized coal is delivered to the turbulence zones created inside the burner and it thus mixes intimately and uniformly with oxygen. The object of the invention will now be explained in more detail, by means of various embodiments illustrated in the accompanying drawings, in which the

Fig. 1 montre, en coupe et en vue de bout, la portion d'extrémité d'un brûleur pourvu d'une plaque percée de trous; et la Fig. 2 montre, en coupe partielle et en vue de bout, la portion d'extrémité d'un brûleur pourvu de trois déflecteurs situés à une distance L à l'intérieur du conduit de diamètre D.Fig. 1 shows, in section and in end view, the end portion of a burner provided with a plate pierced with holes; and Fig. 2 shows, in partial section and in end view, the end portion of a burner provided with three deflectors located at a distance L inside the duct of diameter D.

Ces figures constituent bien entendu des représentations schématiques, sans échelle particulière, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. De plus, des éléments identiques sont désignés par les mêmes repères numériques dans les différentes figures. Le sens de circulation du charbon pulvérisé et de l'oxygène est indiqué par des flèches, respectivement repérées C et 0.These figures obviously constitute schematic representations, without any particular scale, in which only the elements necessary for understanding the invention have been reproduced. In addition, identical elements are designated by the same reference numerals in the different figures. The direction of circulation of the pulverized coal and of the oxygen is indicated by arrows, respectively marked C and 0.

La Fig. 1 représente une première forme de réalisation d'un brûleur oxy-charbon conforme à l'invention. Le brûleur se compose d'un conduit tubulaire central 1, dans lequel circule le charbon pulvérisé C, entouré par un conduit tubulaire périphérique 2, coaxial au conduit central 1, et dans lequel passe l'oxygène 0. A l'extrémité de sortie du brûleur, le conduit périphérique 2 est fermé par une plaque 3, soudée au tube 1, dans laquelle sont percés des trous 4, groupés par paires. Ces trous pourraient d'ailleurs être groupés en nombres quelconques sans sortir du cadre de l'invention. Les paires de trous, ou plus généralement les groupes de trous, sont régulièrement répartis autour de l'axe du brûleur. Un exemple d'une telle disposition est visible dans la partie droite de la Fig. 1, qui est une vue de bout du brûleur. La partie gauche de la Fig.l est une vue en coupe suivant la ligne I-I tracée dans la partie droite de cette figure.Fig. 1 shows a first embodiment of an oxy-carbon burner according to the invention. The burner consists of a central tubular duct 1, in which the pulverized coal C circulates, surrounded by a peripheral tubular duct 2, coaxial with the central duct 1, and through which oxygen 0 passes. At the outlet end of the burner, the peripheral duct 2 is closed by a plate 3, welded to the tube 1, in which holes 4 are drilled, grouped in pairs. These holes could also be grouped in any numbers without departing from the scope of the invention. The pairs of holes, or more generally the groups of holes, are regularly distributed around the axis of the burner. An example of such an arrangement is visible on the right side of FIG. 1, which is an end view of the burner. The left part of Fig.l is a sectional view along the line I-I drawn in the right part of this figure.

Avec cette variante, l'oxygène circulant dans le conduit 2 est comprimé par suite de l'étranglement provoqué par les trous 4; il franchit ces trous et il se détend devant l'extrémité du brûleur, où il provoque des zones de turbulence qui se mélangent et qui assurent une bonne dispersion du charbon pulvérisé projeté par le tube central 1.With this variant, the oxygen flowing in the duct 2 is compressed as a result of the throttling caused by the holes 4; it crosses these holes and it expands in front of the end of the burner, where it causes turbulence zones which mix and which ensure good dispersion of the pulverized coal projected by the central tube 1.

Dans la Fig. 2 est représentée une autre variante du brûleur de l'invention, dans laquelle le conduit périphérique 2 est pourvu de trois déflecteurs doubles 5. Ces déflecteurs 5 sont des dièdres disposés radialement dans le conduit 2 et angulairement espacés de 120e. Les déflecteurs 5 sont placés à l'intérieur du conduit 2, à une distance L de l'extrémité de celui-ci; le conduit central 1 se termine également à cette distance L de l'extrémité du conduit périphérique 2. Il se forme ainsi une chambre 6 de turbulence et de mélange dans l'extrémité de sortie du brûleur.In Fig. 2 shows another variant of the burner of the invention, in which the peripheral duct 2 is provided with three double deflectors 5. These deflectors 5 are dihedrons arranged radially in the duct 2 and angularly spaced by 120th. The deflectors 5 are placed inside the duct 2, at a distance L from the end of the latter; the central duct 1 also ends at this distance L from the end of the peripheral duct 2. A chamber 6 of turbulence and mixing is thus formed in the outlet end of the burner.

Cette chambre 6 est visible dans la partie gauche de la Fig. 2, qui est une vue suivant la ligne II-II tracée dans la partie droite de cette figure.This chamber 6 is visible on the left side of FIG. 2, which is a view along the line II-II drawn on the right side of this figure.

Les déflecteurs 5 sont disposés de façon à réduire la section de sortie du conduit périphérique 2. L'oxygène circulant dans ce conduit est donc comprimé juste avant la sortie, puis il sort du conduit en se détendant et en provoquant la turbulence dans la chambre 6. Cette turbulence favorise une bonne répartition du charbon pulvérisé qui quitte le tube central 1. L'invention n'est pas limitée aux" variantes de réalisation qui ont été décrites et illustrées ci-dessus. Diverses modifications peuvent y être apportées par un homme du métier, notamment en ce qui concerne la forme et la répartition des trous 4 ou la forme et la position des déflecteurs 5.The deflectors 5 are arranged so as to reduce the outlet cross-section of the peripheral duct 2. The oxygen circulating in this duct is therefore compressed just before the outlet, then it exits the duct while relaxing and causing turbulence in the chamber 6 This turbulence promotes good distribution of the pulverized coal which leaves the central tube 1. The invention is not limited to the "variant embodiments which have been described and illustrated above. Various modifications can be made to it by a person skilled in the art. profession, in particular as regards the shape and distribution of the holes 4 or the shape and position of the deflectors 5.

Claims

1. Oxy-coal burner, which comprises an outer casing in which are housed at least one pulverized coal duct and at least one oxygen duct arranged parallel in the longitudinal direction of the burner, characterized in that at least one of said ducts oxygen comprises, in the vicinity of its downstream end, means for creating at least one zone of turbulence in the stream of oxygen flowing downstream of said means.

2. oxy-carbon burner according to claim 1, characterized in that it comprises a central tubular conduit (1) for pulverized coal, surrounded by a peripheral conduit (2) for oxygen and in that said peripheral conduit (2) is closed, near its outlet end, by a plate (3) pierced with at least one group of holes (4).

3. Oxy-coal burner according to claim 1, characterized in that it comprises a central tubular duct (1) for pulverized coal, surrounded by a peripheral duct (2) for oxygen, and in that said duct peripheral (2) comprises, in the vicinity of its outlet end, at least two deflectors (5) uniformly distributed around the central duct (1).

4. Oxy-carbon burner according to claim 3, characterized in that said deflectors (5) consist of dihedrons opening towards the outlet of the conduit (2) and arranged radially between the inner wall and the outer wall of the peripheral conduit (2).

5. Oxy-coal burner according to either of claims 1 to 4, characterized in that it comprises, at its outlet end, a chamber (6) into which open at least one coal duct (1 ) and at least one oxygen conduit (2) and in which said turbulence zones are created.

6. oxy-carbon burner according to either of claims 1 to 5, characterized in that said means (3,4; 5) are located, inside said peripheral duct (2), at a distance from the outlet end of the burner, less than 20 times the inside diameter of said peripheral duct (2).

7. Oxy-carbon burner according to claim 6, characterized in that the distance L is between 1.5 and 10 times the diameter D of said peripheral duct.