NL1030521C2

NL1030521C2 - Combustion reactor for burning pulverized coal, e.g. for producing electricity, comprises combustion chamber, isotropic outlet nozzle, coal air mixture supply system and natural gas injector with lighter

Info

Publication number: NL1030521C2
Application number: NL1030521A
Authority: NL
Inventors: Cornel Dutescu; Gilbert Versteeg
Original assignee: Cornel Dutescu; Gilbert Versteeg
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-05-29

Abstract

The reactor has a combustion efficiency of 99.999%. The reactor comprises a combustion chamber (B), an isotropic outlet nozzle (F), a pulverized coal and combustion air supply system and a natural gas injector with a lighter. The outer shell (A) comprises two cones with a cylindrical mantle in between. Two flange connections are welded to the cylinder, the inlet for the coal/air mixture and the outlet for excess air. The pilot burner is located on the opposite side of the cone to the outlet nozzle and comprises a gas pipe section extending into the combustion chamber. This chamber comprises a cylinder and a cone containing air inlet holes and rectilinear openings for the coal/air mixture to enter. The nozzle comprises a cone-shaped part connected to a cylindrical part having a smaller diameter.

Description

||

Poederkool verbrandingsreactorPowdered coal combustion reactor

De uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsreactor die in staat is poederkool te verbranden met het hoogst mogelijke verbrandingsrendement,namelijk 99,999%.The invention relates to a combustion reactor which is capable of burning powder coal with the highest possible combustion efficiency, namely 99.999%.

5 De bestaande poederkoolbranders hebben een laag verbrandingsrendement. Dit betekent dat de kolen niet voor 100% wordt verbrand maar veel lager en het verbrandingsprodukt is niet alleen C02 (voorzover het koolstof betreft). Meestal produceren deze branders ook aanzienlijke hoeveelheden koolmonoxide en vrije koolstof.5 The existing powdered charcoal burners have a low combustion efficiency. This means that the coal is not 100% burned but much lower and the combustion product is not just CO2 (as far as carbon is concerned). These burners also usually produce significant amounts of carbon monoxide and free carbon.

10 De vergelijking in aanmerking nemend: CO? % V_= CE10 Taking the comparison into account: CO? % V_ = CE

C02%V + CO%VCO2% V + CO% V

is het verbrandingsrendement (CE=Combustion Efficiency) eenvoudig te bepalen. Wanneer het verbrandingsrendement niet gelijk is aan 1 (100%) dan is de C02 emissie niet maximaal zoals gewenst. Totale C02 reductie zal alleen plaatsvinden als het verbrandingsrendement 15 maximaal is.the combustion efficiency (CE = Combustion Efficiency) is easy to determine. If the combustion efficiency is not equal to 1 (100%), the CO2 emission is not as high as desired. Total CO2 reduction will only take place if the combustion efficiency is maximum.

CO is een giftig component, gevaarlijk voor mensen en het zou in de rookgas emissie niet hoger mogen zijn dan 50 mg/Nm3, onafhankelijk van wat er wordt verbrand. CO afkomstig van steenkool is niet minder giftig dan de ontwikkelde CO tijdens het verbranden van huishoudafval of andere afvalstoffen.CO is a toxic component, dangerous for humans and should not exceed 50 mg / Nm3 in flue gas emissions, regardless of what is being burned. CO from coal is no less toxic than the CO produced during the incineration of household waste or other waste.

20 Vrije koolstof in de rookgas betekent hetzelfde, namelijk slecht verbrandingsrendement. In sommige toepassingen, zoals stoomketels van kolencentrales, wordt de steenkool gemengd met biomassa’s, zoals papierslib, snoeihout, compost, etc, hetgeen een groot emissieprobleem genereert. De schoorsteen emissies die we aantreffen, meestal, naast CO en stofdeeltjes, zijn HCN, NOx, N02 en als de steenkool is gemengd met afval, zullen ook 25 dioxines aanwezig zijn (in het rookkanaal).20 Free carbon in the flue gas means the same, namely poor combustion efficiency. In some applications, such as coal-fired power stations, coal is mixed with biomass such as paper sludge, prunings, compost, etc., which generates a major emission problem. The chimney emissions that we find, usually in addition to CO and dust particles, are HCN, NOx, NO2 and if the coal is mixed with waste, 25 dioxins will also be present (in the flue).

Deze reactor ontwikkelt een vuurstraal met veel kinetische energie, die geschikt is om de toxische moleculen te ontleden en de brandstofmoleculen in goede verbrandingsprodukten (C02, H20, S02) te oxideren. De (vlam) straal zal subsonisch zijn, maar snel genoeg om een hoge convectie te produceren in direct gestookte vuurhaarden.This reactor develops a fire jet with a lot of kinetic energy, which is suitable to decompose the toxic molecules and to oxidize the fuel molecules in good combustion products (CO2, H2O, SO2). The (flame) radius will be subsonic, but fast enough to produce a high convection in fires fired directly.

30 Deze vinding “de poederkool verbrandingsreactor" is ontwikkeld met het doel om de bestaande poederkoolbranders te vervangen, voornamelijk bij poederkoolgestookte elektriciteitcentrales30 This invention "the powdered coal combustion reactor" has been developed with the aim of replacing the existing powdered coal burners, mainly in powder-fired power stations

De reactor is opgebouwd uit een verbrandingskamer, een isotropische uitlaat nozzle, een poederkool en verbrandingslucht voedingssysteem en een aardgas injector compleet 35 met ontsteker. De buitenschaal “item A” bestaat uit twee conussen met een cilindrische mantel ertussen. Er zijn twee flensaansluitingen op de cilinder gelast, de inlaat voor het mengsel van poederkool en primaire lucht en voor de luchtovermaat. De conus aan de 1 0305 2 1_ 2 tegenoverliggende kant van de uitlaat nozzle bevat de pilotbrander en deze bevat op het uiteinde het aardgaspijpstuk die in de verbrandingskamer uitkomt. De verbrandingskamer “item B” bestaat uit een cilinder en een conus die is voorzien van een hoeveelheid gaten welke dienen als hoofd inlaatlucht en een aantal rechthoekige openingen (in het cilindrische 5 vlak) welke dienen als inlaat voor het mengsel van poederkool en primaire lucht. De nozzle “item F” bestaat uit een conisch gedeelte uitlopend op een cilindrisch deel met een kleine diameter. Deze nozzle zorgt voor subsonische straalsnelheden.The reactor is composed of a combustion chamber, an isotropic exhaust nozzle, a powdered coal and combustion air feed system and a natural gas injector complete with igniter. The outer shell "item A" consists of two cones with a cylindrical mantle in between. Two flange connections are welded to the cylinder, the inlet for the powder coal and primary air mixture and for the excess air. The cone on the opposite side of the outlet nozzle contains the pilot burner and on the end it contains the natural gas pipe piece that ends up in the combustion chamber. The combustion chamber "item B" consists of a cylinder and a cone which is provided with a number of holes which serve as main inlet air and a number of rectangular openings (in the cylindrical plane) which serve as inlet for the mixture of powdered coal and primary air. The nozzle "item F" consists of a conical part ending in a cylindrical part with a small diameter. This nozzle provides subsonic blasting speeds.

De poederkool en primaire lucht komen de verbrandingskamer binnen via de eerder genoemde rechthoekige openingen, de inlaten zijn voorzien van kleine deflectors “item D” 10 die de flow tangentiaal de binnenkamer van het cilindrische deel van de verbrandingskamer instuwen. Het aantal van deze inlaten is minimaal 4, afhankelijk van de afmetingen van de verbrandingskamer.The powdered coal and primary air enter the combustion chamber through the aforementioned rectangular openings, the inlets are provided with small deflectors "item D" 10 which force the flow tangentially into the inner chamber of the cylindrical part of the combustion chamber. The number of these inlets is at least 4, depending on the dimensions of the combustion chamber.

Er wordt slechts een lage druk gebruikt om het poederkool-luchtmengsel in te blazen.Only low pressure is used to blow in the powder-coal-air mixture.

Het cilindrische deel van de verbrandingskamer “item B” loopt door tot aan de uitlaat 15 nozzle voorzien van een hoeveelheid radiaal geboorde gaatjes die het voor de luchtstroom mogelijk maakt om in de verbrandingskamer te komen (als secundaire lucht). Het conisch gedeelte van de nozzle is ook voorzien van een hoeveelheid geboorde gaatjes loodrecht ten opzichte van het oppervlak en radiaal in de richting van de cirkel waar beide middelpunten samenkomen (een aantal rijen van deze gaatjes zijn voorzien).The cylindrical part of the combustion chamber "item B" extends up to the outlet nozzle provided with a number of radially drilled holes that make it possible for the air stream to enter the combustion chamber (as secondary air). The conical part of the nozzle is also provided with a number of drilled holes perpendicular to the surface and radially in the direction of the circle where both centers meet (a number of rows of these holes are provided).

20 Het conisch gedeelte aan de andere kant van de verbrandingskamer is ook voorzien van gelijksoortige gaaljes, echter in tegengestelde richting. In deze conus is de ontsteker geplaatst (een intermitterende pilot, een kleine gas verbrandingsreactor zoals beschreven in US patent 4.708.637). Aan het einde van deze conus is een gas header geplaatst welke is voorzien van een hoeveelheid gaatjes in de voorplaat. Deze gaatjes zijn in één of twee 25 cirkels geboord, concentrisch met de buitendiameter van de header en gericht naar de binnendiameter van het cilindrisch gedeelte van de verbrandingskamer.The conical part on the other side of the combustion chamber is also provided with similar holes, but in the opposite direction. The igniter is placed in this cone (an intermittent pilot, a small gas combustion reactor as described in US patent 4,708,637). At the end of this cone a gas header is placed which is provided with a number of holes in the front plate. These holes are drilled in one or two circles, concentric with the outer diameter of the header and directed towards the inner diameter of the cylindrical portion of the combustion chamber.

Het gas (aardgas of ander gas) dat door deze gaatjes wordt geblazen is bedoeld om de ontbranding van het poederkoolmengsel in te leiden zodat het een ontbrandingstemperatuur zone onderhoud.The gas (natural gas or other gas) that is blown through these holes is intended to initiate the ignition of the powdered coal mixture so that it maintains an ignition temperature zone.

30 Nadat de poederkool is ontstoken zullen de doorgebrande deeltjes eerst aan de binnenomtrek van de verbrandingskamer voortbewegen en warmte absorberen van de verbrandingskamerwand (stralingswarmte). De ringvormige route van de deeltjes zorgt voor een langere verblijftijd. Uit deze wervelzone gekomen, komen de brandende deeltjes verse/secundaire lucht uit tegenovergestelde richting van de uitlaat nozzle tegen, loodrecht 35 op de stuwrichting van de gegenereerde vlam en verbrandingsgassen. Door het inmengen van deze tegengestelde luchtstroom wordt het verbrandingsproces vertraagd en neemt de snelheid van de brandende deeltjes af, waardoor de verblijftijd toeneemt.After the powdered coal has been ignited, the burnt-through particles will first move on the inner circumference of the combustion chamber and absorb heat from the combustion chamber wall (radiant heat). The annular route of the particles ensures a longer residence time. Coming from this swirl zone, the burning particles encounter fresh / secondary air from the opposite direction of the outlet nozzle, perpendicular to the direction of propulsion of the generated flame and combustion gases. By mixing in this opposite air flow, the combustion process is slowed down and the speed of the burning particles decreases, which increases the residence time.

10305 ? 1_ 310305? 1_ 3

Het cilindrisch gedeelte van de nozzle is niet gekoeld en roodgloeiend. De brownian movement van alle deeltjes zorgt ervoor dat ze deze hete wand raken en dus nog extra warmte en reactie snelheden opdoen (collision momentums).The cylindrical part of the nozzle is not cooled and red hot. The brownian movement of all particles ensures that they touch this hot wall and thus gain extra heat and reaction speeds (collision momentums).

Deze reactor is een getrapte verbrander aangezien de secundaire lucht in diverse zones 5 is verdeeld. De verbrandingskamer en de nozzle zijn isotropisch en de resulterende vuurstraal is subsonisch.This reactor is a stepped incinerator since the secondary air is divided into various zones. The combustion chamber and the nozzle are isotropic and the resulting fire beam is subsonic.

1 0305 2 11 0305 2 1

Claims

A combustion reactor capable of burning pulverized coal, characterized in that the highest possible combustion efficiency, namely 99.999%, is achieved.

A combustion reactor according to claim 1, characterized in that a fire jet is developed with a lot of kinetic energy, which is suitable for decomposing the toxic molecules and oxidizing the fuel molecules in good combustion products (CO2, H2O, SO2).

A combustion reactor according to claim 1, characterized in that the fire beam 10 will be subsonic, fast enough to produce high convection in fires fired directly.

A combustion reactor according to claim 1, characterized in that a large proportion of water can be decomposed and reassembled in the final phase of the reactor within the fire jet with a high kinetic energy.

A combustion reactor according to claim 1, characterized in that the powdered coal and primary air enter the combustion chamber via a number of rectangular openings provided with small deflectors (see item "D").

A combustion reactor according to claim 1, characterized in that the cone of the combustion chamber (rear of the chamber) is drilled such that the openings are perpendicular to the cone and thus direct the gas flows to the axis of the reactor, towards the nozzle .

A combustion reactor according to claim 1, characterized in that the cone of the nozzle (item "F") is drilled such that the gas flows through the openings go radially, backwards, towards the center line of the reactor.

A combustion reactor as claimed in claim 1, characterized in that the gas header is provided with a number of circular rings with holes spraying conical gas streams of clean fuel which will mix with the powder coal and primary air.

9. A combustion reactor according to claim 1, characterized in that the gas (clean fuel) combustion takes place at the rear of the reactor chamber and thus transfers heat to the carbon particles to reach the ignition temperature. 1 0305? 1_