NO315672B1

NO315672B1 - Solid fuel rotary burner

Info

Publication number: NO315672B1
Application number: NO19994307A
Authority: NO
Inventors: Jan Magnusson
Original assignee: Swedish Bioburner System Ab
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2003-10-06
Also published as: SE9700793L; SE519899C2; SE9700793D0; WO1998039600A1; EP0963533B1; EP0963533A1; ATE241111T1; NO994307L; NO994307D0; AU6643298A; DK0963533T3

Abstract

A device for the combustion of solid fuel in the form of granules, pellets, chips or other fragmented or finely divided form, comprising a rotary reactor drum (1), which forms the main combustion chamber (13) and has a rear end wall (65) and at the opposite end an outlet (3) for combustion gases to a boiler part for heat transfer to water-cooled surfaces, for example, or other heat-absorbing means, an inlet (55) for combustion air to the main combustion chamber (13), means (40) for feeding fuel through the rear end wall (65) of the reactor drum and means for rotating the reactor drum around its centre axis (2). Inside the main combustion chamber (13), in its rear part, is an inner, smaller drum (60), which is coaxial with the reactor drum (1) and has a perforated jacket. At least the bulk of the fuel is disposed to be fed into the inner, smaller drum (60) and from this to the surrounding main combustion chamber (13). The smaller drum (60) is disposed to be rotatable with the larger reactor drum (1) around its centre axis (2).

Description

TEKNISK OMRÅDE TECHNICAL AREA

Oppfinnelsen gjelder en anordning for forbrenning av fast brennstoff i form av granuler, pellets, flis eller annen fragmentert eller finfordelt form, innbefattende en roterbar reaktortrommel som danner et hovedbrennkammer og som har en bakre endevegg og i motsatt ende utløp for forbenningsgasser til en kjeldel for varmeovrføring til f.eks. vannavkjølte flater eller annet vannopptagende organ, innløp for forbrenningsluft til hovedbrennkammeret, middel for innmating av brensel gjennom reaktortrommelens bakre endevegg samt middel for å kunne rotere reaktortromlen omkring dens senterakse. The invention relates to a device for burning solid fuel in the form of granules, pellets, chips or other fragmented or finely divided form, including a rotatable reactor drum which forms a main combustion chamber and which has a rear end wall and, at the opposite end, an outlet for combustion gases to a boiler part for heat transfer to e.g. water-cooled surfaces or other water-absorbing body, inlet for combustion air to the main combustion chamber, means for feeding fuel through the rear end wall of the reactor drum and means to be able to rotate the reactor drum around its central axis.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN BACKGROUND OF THE INVENTION

Forbrenningsanordninger av ovenfor angitte slag har vært kjent lenge og det har opp gjennom årene blitt foreslått en mengde ulike konstruksjoner. Det svenske patentskriftet 450734 viser en forbrenningsanordning som er anvendt i stor utstrekning. Ennå ikke offentliggjort svensk patentsøknad 9602495-5 viser en annen forbedret forbrenningsanordning med en dobbeltvegget reaktortrommel, hvor mellomrommet mellom de indre og ytre reaktorveggene er inndelt i langsgående kanaler, hvorved det er anordnet midler for å lede forbrenningsluft i det minste i noen av disse kanalene og den indre reaktortrommelveggen er utstyrt med gjennomgående hull for leding av forbrenningsfluft fra kanalene i brennkammeret i reakto rtro mm e 1 en. Combustion devices of the type indicated above have been known for a long time and a number of different designs have been proposed over the years. The Swedish patent document 450734 shows a combustion device which is used to a large extent. Not yet published Swedish patent application 9602495-5 shows another improved combustion device with a double-walled reactor drum, where the space between the inner and outer reactor walls is divided into longitudinal channels, whereby means are provided for directing combustion air into at least some of these channels and the inner reactor drum wall is equipped with through holes for conducting combustion air from the channels in the combustion chamber in the reactor drum mm e 1 en.

Fra EP 0 346 531 er det kjent en anordning for forbrenning av fast brennstoff som omfatter en dobbeltvegget roterende reaktortrommel som har et rom mellom de indre og ytre vegger, og hvor reaktortrommelen utgjør hovedforbrenningskammeret og omfater en bakre del med en bakre endevegg og en fremre del med et utløp for forbrenningsgasser. Videre omfatter anordningen et innløp for forbrenningsluft, midler for å mate inn brennstoff og midler for å rotere reaktortrommelen rundt dens senterakse. Det er imidlertid behov for å øke forbrenningseffektiviteten til slike anordninger. From EP 0 346 531 a device for burning solid fuel is known which comprises a double-walled rotating reactor drum which has a space between the inner and outer walls, and where the reactor drum forms the main combustion chamber and includes a rear part with a rear end wall and a front part with an outlet for combustion gases. Furthermore, the device comprises an inlet for combustion air, means for feeding in fuel and means for rotating the reactor drum around its central axis. However, there is a need to increase the combustion efficiency of such devices.

KORT REDEGJØRELSE FOR OPPFINNELSEN BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbrenningsanordning av det slag som angis i ingressen og som kan avgi en høyere effekt enn andre forbrenningsanordninger med samme størrelse og forøvrig utrustet på samme vis. Disse og andre målsetninger kan oppnås gjennom hva som er angitt i den kjennetegnende delen av etterfølgende patentkrav 1. The purpose of the invention is to provide a combustion device of the kind stated in the preamble and which can emit a higher effect than other combustion devices of the same size and otherwise equipped in the same way. These and other objectives can be achieved through what is stated in the characterizing part of subsequent patent claim 1.

Ytterligere kjennetegn og aspekter ved oppfinnelsen fremgår av underkravene samt av følgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform. Further characteristics and aspects of the invention appear from the subclaims and from the following description of a preferred embodiment.

KORT FIGURBESKRIVELSE BRIEF FIGURE DESCRIPTION

Den vedlagte tegningen viser et sideriss delvis i gjennomskjæring av en foretrukket utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen. The attached drawing shows a partial side view in cross-section of a preferred embodiment of the device according to the invention.

BESKRIVELSE AV FORETRUKKET UTFØRELSESFORM DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Den på tegningen viste anordning består av følgende hoveddeler: en dobbeltvegget roterbar reaktortrommel 1 med et rom 54 mellom de indre og ytre vegger, hvis indre danner et hoved- eller primaerforbrenningskammer 13 som omfatter en bakre del 67 og en fremre del, i et etter- eller sekundærforbrenningskammer 14, en vifte 27 for forbrenningsluft, en innmatningsskrue 40 i et brenselsinnmatingsrør 18 for partikkel formet fast brennstoff, en motor 41 for rotasjon av innmatingsskruen 40, en drivanordning 34 for rotasjon av reaktortrommelen 1 om dens hellende rotasjonsakse 2, et nedfallsrør 42 for brennstoffet og luftledninger, her betegnet 51, for forbrenningsluften. Reaktortrommelens 1 hellningsvinkel mot horisontalplanet, med reaktortrommelens fremre åpning 3 for forbrenningsgassen rettet skrått oppover, er på 15°. The device shown in the drawing consists of the following main parts: a double-walled rotatable reactor drum 1 with a space 54 between the inner and outer walls, the interior of which forms a main or primary combustion chamber 13 comprising a rear part 67 and a front part, in a or secondary combustion chamber 14, a fan 27 for combustion air, a feed screw 40 in a fuel feed pipe 18 for particulate solid fuel, a motor 41 for rotation of the feed screw 40, a drive device 34 for rotation of the reactor drum 1 about its inclined axis of rotation 2, a fallout pipe 42 for the fuel and air lines, here denoted 51, for the combustion air. The angle of inclination of the reactor drum 1 to the horizontal plane, with the front opening 3 of the reactor drum for the combustion gas directed obliquely upwards, is 15°.

Reaktortrommelens 1 bakre endevegg 65, slik som hoveddelen av den sylindriske del 66, er dobbelvegget. Mellomrommet mellom de indre og ytre veggene er betegnet 54. Den indre veggen er utstyrt med hull 55 både i den sylindriske delen og i det bakre endepartiet for innføring av forbrenningsluft i hovedbrennkammeret 13. Videre er mellomrommet 54 oppdelt i kanaler, slik som beskrevet i detalj i nevnte SE96024955-3, som hermed gjennom henvisning innlemmes i foreliggende beskrivelse. Mer bestemt kan luftstrømmene gjennom disse kanalene ved hjelp av ventilorgan reguleres slik at forbrenningsluften innføres fortrinnsvis eller hovedsakelig i deler av hovedbrennkammeret 13 hvor brennstoffet ansamles. For omrøring av brennstoffet finnes også medbringere 56 på reaktortrommelens innside, og som strekker seg fra en avstand bakenfor den fremre åpningen 3 videre bak til endeveggen 65 og følger med reaktortrommelens 1 rotasjon. The rear end wall 65 of the reactor drum 1, like the main part of the cylindrical part 66, is double-walled. The space between the inner and outer walls is designated 54. The inner wall is equipped with holes 55 both in the cylindrical part and in the rear end part for introducing combustion air into the main combustion chamber 13. Furthermore, the space 54 is divided into channels, as described in detail in said SE96024955-3, which is hereby incorporated by reference into the present description. More specifically, the air flows through these channels can be regulated by means of valve means so that the combustion air is introduced preferably or mainly into parts of the main combustion chamber 13 where the fuel accumulates. For stirring the fuel, there are also carriers 56 on the inside of the reactor drum, which extend from a distance behind the front opening 3 further back to the end wall 65 and follow the rotation of the reactor drum 1.

En forskjell i forhold til anordningen i henhold til nevnte SE9602495-5 er at luften tas inn via viften 27 gjennom et luftinntak 27A og trykkes inn via luftledningene 51 og via det ikke viste spjeldet i luftinnblåsningsrøret/akselen 19 og fra dettes indre 20 videre inn i kanalene i mellomrommet 54 og til slutt gjennom hullene 55 inn i forbrenningskammeret 13. A difference compared to the device according to the aforementioned SE9602495-5 is that the air is taken in via the fan 27 through an air intake 27A and is pressed in via the air lines 51 and via the not shown damper in the air intake pipe/shaft 19 and from its interior 20 further into the channels in the space 54 and finally through the holes 55 into the combustion chamber 13.

Det karakteristiske trekket ved oppfinnelsen er imidlertid i første hånd en indre mindre trommel 60 i reaktortrommelens 1 bakre del. Den indre mindre trommelen 60 er sylindrisk og har perforert mantel. I henhold til utførelsesformen består trommelen av en platetrommel med hull i mantelen, men også en nettrommel er tenkbar. Hullene i mantelen er betegnet 61. Disse er så små - diameteren eller største utstrekning er opptil maksimum 10 mm, fortrinnsvis til maksimum 8 mm - at brenselspartiklene ikke i vesentlig grad kan passere gjennom dem. Foran er trommelen 60 helt åpen. Denne åpningen er betegnet 62. Trommelen 60 er koaksial med reaktortrommelen 1 og omgir en sentral innmatingsåpning 63 som danner munning på innmatningsrøret 18 for brennstoffet, som mates inn av innmatningsskruen 40. Trommelens 60 diameter er noe større enn åpningen 63.1 det ringformede rommet 64 mellom innmatingsåpningen 63 og trommelen 60 mangler reaktortrommelen 1 bakre endevegg 65 innløpsåpninger for forbrenningsluft. Imidlertid kan eventuelt et slikt alternativ tenkes, dvs. luftinnblåsningsåpninger også i nevnte ringformede rom 64. Trommelen 60 er fastsveiset til reaktortrommelens 1 bakre endevegg. However, the characteristic feature of the invention is primarily an inner smaller drum 60 in the rear part of the reactor drum 1. The inner smaller drum 60 is cylindrical and has a perforated jacket. According to the embodiment, the drum consists of a plate drum with holes in the mantle, but a mesh drum is also conceivable. The holes in the mantle are designated 61. These are so small - the diameter or largest extent is up to a maximum of 10 mm, preferably up to a maximum of 8 mm - that the fuel particles cannot pass through them to any significant extent. At the front, the drum 60 is completely open. This opening is designated 62. The drum 60 is coaxial with the reactor drum 1 and surrounds a central feed opening 63 which forms the mouth of the feed pipe 18 for the fuel, which is fed in by the feed screw 40. The diameter of the drum 60 is somewhat larger than the opening 63.1 the annular space 64 between the feed opening 63 and the drum 60, the reactor drum 1 rear end wall 65 lacks inlet openings for combustion air. However, such an alternative can possibly be envisaged, i.e. air intake openings also in said annular space 64. The drum 60 is welded to the rear end wall of the reactor drum 1.

Under drift roteres reaktortrommelen 1 og dermed også den indre trommelen 60 samtidig som brennstoff mates inn gjennom den sentrale åpningen 63 ved hjelp av innmatingsskruen i den mindre indre trommelen 60. Deretter faller brennstoffet gjennom den fremre åpningen 62, ned mot reaktortrommelens 1 vegg og videre ned i rommet 67 mellom reaktortrommelen 1 og den indre trommelen 60 i den bakre delen av hovedbrennkammeret 13. Brenselet i hovedbrennkammeret 13 forbrennes ved hjelp av en primærluft som blåses inn gjennom åpningene 55 i mantelen og i den bakre endeveggen. Det brenselet som i etterhånd mates inn i den indre trommelen 60 tørkes i denne trommelen, innen det fortsetter inn i hovedbrennkammeret. Den indre trommelen 60 fungerer derfor som en for-røster der den mindre fuktighet som kan finnes igjen i brenselet i vesentlig grad elimineres. Dessuten synes den mindre trommelen 60 å fungere slik at mer brennstoff under forbrenning kan akkumuleres i hovedbrennkammeret ved at det ringformede rommet 67 mer eller mindre fylles med brennstoff som ved hjelp av medbringere 56 i samvirkning med den indre trommelen 60 følger med brenneres rotasjon, hvilket ytterligere øker forbrenningsanordningens effekt. During operation, the reactor drum 1 and thus also the inner drum 60 are rotated at the same time as fuel is fed in through the central opening 63 by means of the feed screw in the smaller inner drum 60. The fuel then falls through the front opening 62, down towards the wall of the reactor drum 1 and further down in the space 67 between the reactor drum 1 and the inner drum 60 in the rear part of the main combustion chamber 13. The fuel in the main combustion chamber 13 is burned by means of a primary air which is blown in through the openings 55 in the mantle and in the rear end wall. The fuel which is subsequently fed into the inner drum 60 is dried in this drum, before it continues into the main combustion chamber. The inner drum 60 therefore functions as a pre-roster where the minor moisture that may still be found in the fuel is largely eliminated. Moreover, the smaller drum 60 seems to function so that more fuel during combustion can be accumulated in the main combustion chamber by the annular space 67 being more or less filled with fuel which, by means of carriers 56 in cooperation with the inner drum 60, accompanies the rotation of the burner, which further increases the combustion device's effect.

Det skal i denne sammenheng også nevnes at trommelen 1 ikke nødvendigvis behøver å roteres kontinuerlig og med konstant hastighet. Hastigheten kan varieres beroende på effektbehovet og kan også skje periodisk. Til og med vekslingen mellom kontinuerlig og periodisk rotasjon kan forekomme. Luft strømmer til og med ut gjennom et antall åpninger 46 i bunndelen av den ringformede endeveggen som i fremkant begrenser rommet 54 og dermed kanalene i nevnte rom. Den sekundærluft som dermed blåses ut gjennom åpningen 46 underholder forbrenningen i etter- eller sekundærforbrenningskammeret 14, spesielt forbrenning av produkter som ikke helt ble forbrent i hoved- eller primærforbrenningskammeret 13 men som passerte ut i etterbrenningskammeret 14. For å ytterligere hindre at disse produktene passerer uforbrente ut gjennom åpningen 3 er etterbrenningskammeret fremre del utformet konisk avsmalnende. In this context, it should also be mentioned that the drum 1 does not necessarily need to be rotated continuously and at a constant speed. The speed can be varied depending on the power requirement and can also happen periodically. Even the alternation between continuous and periodic rotation can occur. Air even flows out through a number of openings 46 in the bottom part of the annular end wall which at the front limit the space 54 and thus the channels in said space. The secondary air which is thus blown out through the opening 46 sustains the combustion in the post- or secondary combustion chamber 14, in particular the combustion of products which were not completely combusted in the main or primary combustion chamber 13 but which passed out into the post-combustion chamber 14. In order to further prevent these products from passing unburned out through the opening 3, the front part of the afterburning chamber is conically tapered.

I den bakre delen av trommelen 1, dvs. den indre delen 67 av primær- eller hovedforbrenningskammeret 13, i området for den indre trommelen 60, der fordeling av luftinnblåsningsåpningene 55 i mantelen er som tettest, og der dessuten forbrenningsluft blåses inn gjennom hullene i bakveggen, blir temperaturen allikevel forholdsvis lav, ca. 700-800°C, noe som er en fordel utifrå et omgivelsessynspunkt med hensyn til at denne delen av brenneren befinner seg utenfor varmeveksleren. I den fremre delen av trommelen 1, og spesielt i sekundær-eller etterbrennkammeret 14, der fersk forbrenningsluft tilføres gjennom hullene 46 til hele men uforbrente eller ufullstendig forbrente brennbare produkter kan temperaturen stige til over 1000-1300°C, typisk til ca. 1250°C, noe som er en fordel ettersom dette gir en effektiv varmeoverføring til den ikke viste kjelens konvensjonsdel. In the rear part of the drum 1, i.e. the inner part 67 of the primary or main combustion chamber 13, in the area of the inner drum 60, where the distribution of the air intake openings 55 in the mantle is the densest, and where combustion air is also blown in through the holes in the rear wall , the temperature will still be relatively low, approx. 700-800°C, which is an advantage from an environmental point of view as this part of the burner is located outside the heat exchanger. In the front part of the drum 1, and especially in the secondary or afterburning chamber 14, where fresh combustion air is supplied through the holes 46 to whole but unburned or incompletely burned combustible products, the temperature can rise to over 1000-1300°C, typically to approx. 1250°C, which is an advantage as this provides an efficient heat transfer to the conventional part of the boiler, not shown.

Det skal forstås at anordningen kan varieres innenfor rammen av oppfinnelsen. F.eks. kan den roterende trommelen igjen anordnes fullstendig horisontalt. I dette tilfellet bør trommelen dog gjøres avsmalnende f.eks. konisk avsmalnende fra den bakre veggen og fremover slik at trommelens bunn får omtrent samme helningsvinkel som vist i den beskrevne utførelsesformen, dvs. ca. 15°, slik at brenselet også i dette tilfellet kommer til å oppsamles i trommelens bakre del 67 der innblåsningen av primærluft er konsentrert. Man kan videre tenke seg at det ikke finnes noe skarpt hjørne i overgangen mellom den bakre endeveggen og den sidevegg som motsvarer trommelens mantel, men i stedet f.eks. avfaset overgang. En mest ideell form ut fra enkelte synspunkter har imidlertid en brenner som helt mangler hjørner, f.eks. en brenner med en hovedsakelig form av ett i både ender avskjært egg eller pære, der den spisse delen er rettet fremover mot utløpsåpningen. Også i dette tilfellet er brenneren dobbeltvegget med mellomrommet mellom veggene inndelt i kanaler eller på annet sett forseglet med kanaler for forbrenningsluften fra luftinnføringsrøret som omgir det sentrale brennstoffinnmatingsrøret og videre utover og fremover. It should be understood that the device can be varied within the scope of the invention. E.g. the rotating drum can again be arranged completely horizontally. In this case, however, the drum should be tapered, e.g. conically tapering from the rear wall forwards so that the bottom of the drum has approximately the same angle of inclination as shown in the described embodiment, i.e. approx. 15°, so that the fuel will also in this case collect in the drum's rear part 67 where the inflow of primary air is concentrated. One can further imagine that there is no sharp corner in the transition between the rear end wall and the side wall which corresponds to the drum's mantle, but instead e.g. chamfered transition. A most ideal shape from some points of view, however, has a burner that completely lacks corners, e.g. a burner with the shape of an egg or bulb cut off at both ends, with the pointed part directed forwards towards the outlet opening. Also in this case, the burner is double-walled with the space between the walls divided into channels or otherwise sealed with channels for the combustion air from the air inlet pipe surrounding the central fuel inlet pipe and further outwards and forwards.

Claims

1. Device for burning solid fuel in the form of granules, pellets, chips or other fragmented or finely divided form, comprising a double-walled rotatable reactor drum (1) with a space (54) between the inner and outer walls, where the reactor drum (1) forms the main combustion chamber (13) comprising a rear part (67) and a front part, and having a rear end wall (65) and at the opposite end an outlet (3) for combustion gases to a boiler part for heat transfer to e.g. water cooled surfaces or other heat absorbing means, an inlet 55 for combustion air to the main combustion chamber (13), means (40) for feeding fuel through the rear end wall (65) to the reactor drum (1) and means for rotating the reactor drum about a central axis (2) , characterized in that on the inside of the main combustion chamber (13) at its rear end (67), an inner perforated drum (60) is placed which has smaller dimensions than the reactor drum (1) and which is coaxial and rotatable with the reactor drum (1) on such a way that at least the main part of the fuel is arranged to be fed into the inner smaller drum (60) and from this to the surrounding main combustion chamber (13).

2. Device according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the inner drum (60) is at least 1A and at most 3A of the reactor drum's inner diameter, preferably at least 1/3 and at most 2/3 of the reactor drum's inner diameter.

3. Device according to claim 2, characterized in that the inner drum (60) has a length that is at least 1/5 and at most 3/5 of the reactor drum's (1) length, preferably at least 1A and at most half of the reactor drum's length.

4. Device according to any one of claims 1-3, characterized in that the inner perforated drum's openings (61) in the drum's mantle have a diameter or maximum greatest extent of a maximum of 10 mm, preferably a maximum of 8 mm, so that in the smallest bulk of the solid fuel cannot pass through these openings but only through a front opening (62) in the smaller drum.

5. Device according to any one of claims 1-4, characterized in that the reactor drum (1) tilts, so that the outlet (3) for combustion gases is turned obliquely upwards, so that the fuel, as it leaves the inner drum (60) through its front opening (62) is substantially collected at the burner's rear annular space (67) between the inner drum and the reactor drum.

6. Device according to claim 5, characterized in that the angle of inclination to the horizontal plane is 5-30°, preferably 10-20°, most preferably approx. 15°.

7. Device according to any one of claims 1-6, characterized in that inlet openings (55) for combustion air are located in the area of the rear end wall (65) of the reactor drum, at least on the outside of the inner drum, and in the area between the end wall and the front outlet opening.

8. Device according to claim 7, characterized in that inlet openings for combustion air are missing in the end wall in the annular area (64) behind the inner central drum (60), between a feed opening (63) for fuel and said smaller drum.

9. Device according to any one of claims 1-8, characterized in that the burner has the shape of a cylindrical or conical tapering drum.

10. Device according to any one of claims 1-8, characterized in that the burner has mainly the shape of an egg cut off at both ends, a pear or another double-curved shape, where the rear wall successively merges into the side wall.