SE433878B

SE433878B - WAY TO CAUSE IGNITION AND MAINTAIN COMBUSTION OF POWDERED COAL

Info

Publication number: SE433878B
Application number: SE7801871A
Authority: SE
Inventors: D A Smith; M E Smirlock
Original assignee: Combustion Eng
Priority date: 1977-02-18
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1984-06-18
Also published as: CA1086146A; SE7801871L; FI780525A; IT1092756B; AU3362978A; BR7800999A; FI62896B; DE2806363C2; FR2381242B1; FR2381242A1; IT7820353A0; AU520507B2; GB1588078A; NL174871C; FI62896C; ES467075A1; NL7801829A; DE2806363A1

Description

1so1sv1¿o ning. Den erforderliga mängden av sådana förstklassiga hjälp- bränslen är avsevärd. Följaktligen föreligger behov av en möjlig- het att reducera mängden erforderliga hjälpbränslen för med pul- veriserat kol drivna pannor. 1so1sv1¿o ning. The amount of such first-class aid required fuels are considerable. Consequently, there is a need for a possible to reduce the amount of auxiliary fuels required for verified coal-fired boilers.

Föreliggande_uppfinning syftar till att eliminera den tidi- gare kända teknikens nackdelar genom att erbjuda direkt tändning av en ström av pulveriserat kol och luft, som tillföres en brän- nare. Detta syfte nås med sättet enligt patentkravet.The present invention seeks to eliminate the known disadvantages of the prior art by offering direct ignition of a stream of pulverized coal and air, which is fed to a fuel nare. This object is achieved with the method according to the claim.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hänvis- ning till bifogade ritningar.The invention is explained in more detail below with reference to to the accompanying drawings.

Fig. 1 visar ett snitt genom en ljusbågständ brännare för pulveriserat kol, som kan begagnas vid utövandet av uppfinningen, fig. 2 visar ett snitt genom en anordning för matning av pulveriserat kol, vilken kan begagnas tillsammans med brännaren enligt fig. 1, och fig. 3 är en vy framifrån av matningsanordningen enligt fig. 2. i Den i figurerna visade apparaten utgör en representativ an- ordning för utförande av direkttändningen av en ström av pulveri- serat kol och luft enligt uppfinningen utan någon betydande för- brukning av petroleum eller naturgas. En tätfas-kol/luft-bland- ning utnyttjas, där viktförhållandet mellan transportluftströmmen och kol, mätt i en avgivningsledning uppströms en förbrännings- zon, uppgår till 1,0 eller mindre. Tändningsenergikällan är så placerad, att den antingen befinner sig i eller är införingsbar fi luft/kol-strömmen i förbränningszonen. Den energi, som avges till luft/kol-blandningen av tändningsenergikällan, tänder kol- partiklarna. Då tändningsenergikällan innefattar en elektrisk högenergibåge och tändningsanordningen sålunda arbetar på pulsat sätt, alstras en serie flamfickor.Fig. 1 shows a section through an arcuate burner for powdered coal which can be used in the practice of the invention, Fig. 2 shows a section through a device for feeding powdered coal, which can be used with the burner according to Fig. 1, and Fig. 3 is a front view of the feeding device according to Fig. 2. i The apparatus shown in the figures is a representative method for performing the direct ignition of a stream of powder carbon and air according to the invention without any significant use of petroleum or natural gas. A solid phase coal / air mixture is used, where the weight ratio between the transport air flow and coal, measured in a discharge line upstream of an incinerator zone, amounts to 1.0 or less. The ignition energy source is so placed, that it is either in or insertable fi the air / coal stream in the combustion zone. The energy that is given off to the air / carbon mixture of the ignition energy source, ignites the carbon the particles. Then the ignition energy source includes an electric high energy arc and the ignition device thus operates on pulsed way, a series of flame pockets are generated.

Vidare kan ett sekundärluftflöde till förbränningszonen upp- rättas genom brännarsekundärluftregister. Brännarsekundärluft- registren är på känt sätt så konstruerade, att ett område av cirkulerande luft och förbränningsprodukter (heta gaser) upprättas, varvid fickorna av brinnande kol återcirkuleras tillbaka mot det ursprungliga kolinsprutningsstället och energin i cirkulations- området ökar, till dess lågan blir självupprätthållande.Furthermore, a secondary air flow to the combustion zone can be corrected by burner secondary air register. Burner secondary air the registers are in a known manner so constructed that an area of circulating air and combustion products (hot gases) are established, wherein the pockets of burning coal are recycled back to it original carbon injection site and the energy in the circulation the area increases until the flame becomes self-sustaining.

I Tekniken har med framgång tillämpats med begagnande av 7801871-0 elektrisk högenergibåge såsom tändningsenergikälla. Tändnings- energikällan kan emellertid även utgöras av en motståndsvärme- anordning eller flera sådana anordningar eller en kolväteeldad pilotlåga med minimal energiförbrukning. Lämpligen avlägsnas tändningsanordningen från flamområdet, sedan förhandenvaron av flamman veriferierats. När en hög energibåge tillför tändnings- energin, fördröjes sekundärluftflödet, till dess förhandenvaron av lågan bekräftats.In Technology has been successfully applied using 7801871-0 high-energy electric arc as an ignition energy source. Ignition however, the energy source can also consist of a resistance heat device or several such devices or a hydrocarbon fire pilot flame with minimal energy consumption. Conveniently removed the igniter from the flame area, then the presence of the flame has been verified. When a high energy arc supplies ignition energy, the secondary air flow is delayed until its presence of the flame has been confirmed.

Vid den i fig. 1 visade brännaren begagnas_en kolledning 16 för pneumatisk transport av kol till tändningszonen i bränna- ren. Sålunda är vid den i fig. 1 visade apparaten kolledningens 16 vänstra ände i förbindelse med den i fig. 2 och 3 visade kol- matningsanordningen, medan kolledningens 16 högra ände avslutas vid en ihålig kon, som innefattar en diffusör, som är monterad på kolledningen 16 medelst stöd 21. En tändningsanordning är pla- cerad omedelbart nedströms kolledningens 16 avgívningsände. Vid det visade utförandet inträder tändningsanordningen 23 genom brän- narens sida och innefattar en högenergibågtändningsanordning lik- nande den typ av anordning, som för närvarande begagnas för tänd- ning av olja. Det torde observeras, att varje tändningskälla, som tillför tillräcklig energi för att i tillräcklig mån upphetta re- aktanterna för att de skall tändas, kan begagnas. Följaktligen kan en motståndsvärmeanordning eller en liten pilotlåga, som begagnas i stället för högenergibågtändningsanordningen. Denna föredrages emellertid på grund av dess tillförlitlighet och reglerbarhet.In the burner shown in Fig. 1, a ball line is used 16 for pneumatic transport of coal to the ignition zone in the combustion clean. Thus, in the apparatus shown in Fig. 1, the ball conduit 16 left end in connection with the carbon shown in Figs. the feeding device, while the right end of the ball conduit 16 is terminated at a hollow cone, which includes a diffuser mounted on the ball line 16 by means of support 21. An ignition device is immediately downstream of the discharge end of the ball conduit 16. At In the embodiment shown, the ignition device 23 enters through the combustion chamber. side and comprises a high energy arc igniter similar to the type of device currently used for ignition of oil. It should be noted that each ignition source, which provides sufficient energy to sufficiently heat the the actants for ignition can be used. Consequently, a resistance heating device or a small pilot flame, which is used instead of the high energy arc igniter. This is preferred however, due to its reliability and controllability.

Den i fig. 1 visade tändningsanordningen 23 är i typfallet monte- rad på borttagbart sätt, så att den kan avlägsnas från förbrän- ningszonen och införas i ett skyddande område, sedan kolet tänts.The ignition device 23 shown in Fig. 1 is typically mounted. removable so that it can be removed from the incinerator zone and introduced into a protective area after the coal has been ignited.

Brännaren innefattar även en sekundärlufttillförselledning 20, som är koaxiell med kolledningen 16. Ledningen 20 kommunicerar med en luftkammare 14, som i typfallet är cylindrisk och har något större diameter än ledningen 20. Luftkammaren 14 innehåller ett antal blad 12. Dessa är anordnade att bringa den luft, som kommer -in i ledningen 20 från kammaren 14, att virvla. En luftinlopps- kanal 10 leder till luftkammaren 14 från ett icke visat förråd av tryckluft. Luftledningen avslutas i en med svårsmält material fod- rad konstruktion 24, som bildar ett divergent munstycke. Vid en ut- förd anordning för utövande av uppfinningen hade kolledningen 16 en 7801871-o innerdiameter av 2,5 cm, ledningen 20 hade en innerdiameter av 15 cm och konstruktionen 24 hade en diameter av 33 cm vid den öppna änden och en divergensvinkel av 350.The burner also includes a secondary air supply line 20, which is coaxial with the ball line 16. The line 20 communicates with an air chamber 14, which is typically cylindrical and has something larger diameter than the conduit 20. The air chamber 14 contains a number of leaves 12. These are arranged to bring the air which comes -in the conduit 20 from the chamber 14, to swirl. An air inlet duct 10 leads to the air chamber 14 from a supply (not shown) of compressed air. The overhead line ends in a material that is difficult to digest. row construction 24, which forms a divergent nozzle. At an out- device for practicing the invention, the ball conduit 16 had a 7801871-o inner diameter of 2.5 cm, the wire 20 had an inner diameter of 15 cm and the structure 24 had a diameter of 33 cm at it open end and a divergence angle of 350.

Fig. 2 och 3 visar en anordning för matning av pulveriserat kol för tillförsel av en kol-luftblandning till kolledningen eller bränsleledningen 16. Matningsanordningen.består av en ficka 40 för pulveriserat kol, som kan tillföras kol på vilket som helst känt sätt. Lämpligen är fickan 40 dimensionerad för förvaring av till- räcklig mängd pulveriserat kol för matning av brännaren under en uppvärmningsperiod för den ugn, vid vilken brännaren skall be- gagnas. Fickan 40 kommunicerar med den gravimetriskt arbetande matningsanordningen 43. Henna består av en anordning 42 med varia- bel matníngshastighet, en viktkänslig transportör 44 och lämpliga, icke visade reglerkretsar. Matningsanordningens 42 rotationshastig- het bestämmes av den mängd kol, som tillåtes falla på den vikt- känsliga transportören 44, och den vikt, som avkännes av denna, reglerar rotationshastigheten. Den gravimetriskt arbetande mat- ningsanordningen 43 inför kol med konstant hastighet i en roteran- de, med luftlås försedd matningsanordning 46.Figs. 2 and 3 show a device for feeding powdered carbon for supplying a carbon-air mixture to the coal line or the fuel line 16. The feeding device.consists of a pocket 40 for powdered carbon, which can be added to carbon on any known way. Suitably the pocket 40 is dimensioned for storing accessories. sufficient powdered coal to feed the burner during a heating period of the oven at which the burner is to be gagnas. Pocket 40 communicates with the gravimetric worker the feeding device 43. Henna consists of a device 42 with varying bel feed rate, a weight sensitive conveyor 44 and suitable, control circuits not shown. The rotational speed of the feeder 42 is determined by the amount of carbon allowed to fall on the sensitive conveyor 44, and the weight sensed by it, regulates the rotational speed. The gravimetric working food device 43 introduces carbon at a constant speed into a rotating device the air-locked feeding device 46.

Matningsanordningen 46 utgöres av en cylindrisk kammare med blad 47, som har i det närmaste lufttät passning med kammaren.The feeding device 46 consists of a cylindrical chamber with blade 47, which has an almost airtight fit with the chamber.

Nedtill i kammaren finnes en ingångsöppning 48 och en utgângsöpp- ning 49. Bladens 47 passning är sådan, att i det närmaste ingen fri luftväg föreligger mellan öppningarna 48 eller 49 och matnings- anordningen 43. Följaktligen är det möjligt för en luftström, som kommer in i öppningen 48, att fortsätta ut genom öppningen 49 utan att avlänkas till den gravimetriska matningsanordningen 43. Bladens 47 rotation för pulveriserat kol, som bragts att falla på bladen 47 av matningsanordningen 43, in i luftvägen mellan öppningarna 48 och 49; Komprimerad luft tillföres matningsanordningen 46 medelst en " lämplig källa 50 med reglerad hastighet, varigenom en kol-luft- blandning av ett pâ förhand bestämt viktsförhàllande mellan luften och kolet tillföres brännaren genom ledningen 16. Enligt före- liggande uppfinning har kol-luftblandningen, mätt i ledningen 16, ett viktsförhàllande mellan luften och kolet av 1,0 eller mindre, lämpligen 0,5 eller mindre.At the bottom of the chamber there is an inlet 48 and an outlet 49. The fit of the blades 47 is such that virtually no one free airway exists between the openings 48 or 49 and the supply device 43. Consequently, it is possible for an air flow, which enters the opening 48, continues out through the opening 49 without to be deflected to the gravimetric feeder 43. The blades 47 rotation for pulverized coal, which is caused to fall on the blades 47 of the feeder 43, into the airway between the openings 48 and 49; Compressed air is supplied to the feeding device 46 by means of a "suitable source 50 at a controlled rate, whereby a carbon-air mixture of a predetermined weight ratio between the air and the coal is supplied to the burner through line 16. According to the present invention has the carbon-air mixture, measured in line 16, a weight ratio of air to carbon of 1,0 or less, preferably 0.5 or less.

Vid ett utförande, där bituminöst kol av klass C, som pulve- riserats till 70% minus 200 mesh begagnades, uppgick den övre 7801871-0 gränsen för luft-kolviktsförhållandet till 1,0. Det optimala luft- kolviktsförhållandet varierar med koltypen.In one embodiment, where Class C bituminous carbon, which is increased to 70% minus 200 mesh was used, the upper 7801871-0 the limit of the air-carbon weight ratio to 1.0. The optimal air The carbon weight ratio varies with the type of carbon.

Då brännaren enligt fig. 1 skall begagnas, förflyttas tänd- ningsanordningen 23 till infört läge och slås på. En bågtändnings- anordning, som alstrar gnistor av en energi av ungefär 25 joule och av en varaktighet av ungefär 10 mikrosekunder vardera samt med en upprepningsfrekvens av 10 Hertz, har begagnats med framgång.When the burner according to Fig. 1 is to be used, the ignition the inserted device 23 to the inserted position and switched on. An arc ignition device, which generates sparks of an energy of approximately 25 joules and of a duration of about 10 microseconds each and with a repetition rate of 10 Hertz, has been used successfully.

Kompressorn 50 slås på så snart tändningsanordningen börjar arbeta, varvid även den gravimetriskt arbetande matningsanordningen 43 startas. Den komprimerade luft, som-strömmar genom den roterande, med luftlås försedda matningsanordningen 46, medför uppmätta mäng- der pulveriserat kol och för detta genom ledningen 16 och den med ihålig kon försedda diffusören 22. Även om brännaren enligt fig. 1 kan arbeta utan diffusören 22, anses denna önskvärd för införande av en mindre mängd cirkulerande gas under tändningssteget. Den kol- luftbiandning, som föres till i närheten av tändningsanordningen 23, tändes av den energi, som tillföres av tändningsanordningen, och den erhållna lågan fortplantar sig genom kolet. Som följd härav sker tändning, och en relativt ostabil låga föreligger vid brän- narens utlopp. Vid denna punkt fastställer en iakttagare 26 eller en automatisk flamdetekteringsanordning att tändning skett och åstadkommer ett sekundärluftflöde (omgivningsluft eller upphettad luft) genom luftinloppskanalen 10. Vingarna 12 bringar luftflödet att rotera, vilket ger en spiralformig eller virvlande luftström, som går längs ledningen 20 och genom konstruktionen 24. Den senare utgöres av ett divergent munstycke, som förstärker den cirkulations- effekt, som naturligen sker till följd av luftens virvelflöde.The compressor 50 is switched on as soon as the ignition device starts working, wherein also the gravimetrically operating feeding device 43 started. The compressed air flowing through the rotating, air-locked feeding device 46, results in measured quantities powdered coal and pass this through line 16 and the one with hollow cone provided diffuser 22. Although the burner of Fig. 1 can operate without the diffuser 22, this is considered desirable for insertion of a small amount of circulating gas during the ignition step. The coal air mixing, which is carried in the vicinity of the ignition device 23, was ignited by the energy supplied by the igniter, and the resulting flame propagates through the carbon. As a result ignition occurs, and a relatively unstable flame is present during combustion narens outlet. At this point, an observer 26 or an automatic flame detection device that ignition has occurred and produces a secondary air flow (ambient air or heated air) through the air inlet duct 10. The wings 12 bring the air flow to rotate, giving a helical or swirling air flow, which runs along the conduit 20 and through the structure 24. The latter consists of a divergent nozzle, which enhances the circulatory effect, which naturally occurs as a result of the vortex flow of the air.

Den virvlande luftströmmen omsluter förbränningszonen, och som följd härav drages heta förbränningsprodukter tillbaka in i området för insprutning av nytt kol. Den observerbara effekten av denna cirku- lering är, att flamman blir stabil, och flammans stabilitet är så- dan, att tändningsanordningen 23 kan slås från och dragas tillbaka.The swirling air stream encloses the combustion zone, and as a result of which hot combustion products are withdrawn into the area of injection of new coal. The observable effect of this circulation is that the flame becomes stable, and the stability of the flame is that the ignition device 23 can be switched off and retracted.

Den sålunda tillbakadragna tändningsanordningen 23 förblir i ett skyddat område och skyddas därigenom från att skadas på grund av den intensiva förbränningshettan. I Det förmodas, att den direkttändning av pulveriserat kol, som föreliggande uppfinning erbjuder, är framgångsrik på grund av att den erbjuder lämpliga betingelser för lågans fortplantning i pvso1ev1-o det strömmande kolflödet, sedan tändningsanordningen förorsakat tändning av en del av kolpartiklarna. Över ett viktsförhållande mellan luft och kol av ungefär 1,0 fortplantas lågan med svårig- het med icke upphettad luft, och direkttändning av pulveriserat kol medelst en bågtändningsanordning fungerar följaktligen icke effektivt. Då ugnen startas finns ingen föruppvärmd luft till- gänglig och kan åstadkommas endast till priset av en avsevärd mängd energi och/eller flytande eller gasformigt bränsle. Med lämpliga betingelser för lågans fortplantning kombineras en cirku- lationszon, som bidrager till den erhållna kollågans stabilitet.The ignition device 23 thus retracted remains in one protected area and is thereby protected from being damaged due to the intense combustion heat. IN It is believed that the direct ignition of powdered carbon, which the present invention offers is successful due to that it offers suitable conditions for the reproduction of the flame in pvso1ev1-o the flowing carbon flow, after the igniter has caused ignition of some of the carbon particles. Over a weight ratio between air and coal of about 1.0, the flame propagates with difficulty hot with unheated air, and direct ignition of powdered consequently, carbon by means of an arc igniter does not work effectively. When the oven is started, there is no preheated air supplied available and can be achieved only at the price of a considerable amount of energy and / or liquid or gaseous fuel. With suitable conditions for the reproduction of the flame, a circulating zone, which contributes to the stability of the collagen obtained.

Cirkulationen medför, att heta produkter drages tillbaka in i för- bränningszonen,vilket medför, att lågan ger upphov till sin egen tändningsenergi. Vilka skälen till framgången än är erbjuder upp- finningen emellertid tillfredsställande direkttändning av ström- mande pulveriserat kol. * Erännaren enligt fig. 1 kan begagnas såsom en uppvärmnings- brännare för servicepannor. Vid drift av sådana måste pannan ges en förhöjd temperatur för att dess konventionella kolbrännare skall arbeta på korrekt sätt. Brännarna kan enligt föreliggande uppfin- ning begagnas för att ge ugnen en tillräckligt hög temperatur-för stabil förbränning vid konventionella brännare. Uppfinningen kan även tillämpas för erhållande av såväl tändning som stabilisering vid låg belastning.The circulation means that hot products are withdrawn into the the burning zone, which causes the flame to give rise to its own ignition energy. Whatever the reasons for the success, finding, however, satisfactory direct ignition of the current powdered coal. * The receiver according to Fig. 1 can be used as a heating burners for service boilers. When operating such, the boiler must be provided an elevated temperature for its conventional coal burner to work properly. According to the present invention, the burners can used to give the oven a sufficiently high temperature-for stable combustion with conventional burners. The invention can also applied to obtain both ignition and stabilization at low load.

Det beskrivna utförandet kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för uppfinningen.The described embodiment can be modified in many ways and varied within the scope of the invention.

Claims

7801871 ~ 0 7 PATENT REQUIREMENTS Methods of causing ignition and maintaining combustion of pulverized coal in a combustion zone in the absence of any other fuel and in the absence of sufficient intrinsic ignition energy to ensure ignition, wherein in the combustion zone, consisting essentially of a mixture of pulverized coal and transport air, energy is supplied to (23) the mixture in the combustion zone for igniting the coal in the mixture, the presence of a flame due to the ignition of the carbon in the combustion zone is varied, and that of the ignition of the coal in the combustion zone caused the flame to stabilize, characterized in that a mixture is used which, before it is added to the combustion zone, has a weight ratio between transport air and coal of less than 0.5, that the coal stream is introduced into the combustion zone in the form of a divergent stream, whereby a recirculation flow is established and relatively fine carbon particles is essentially in an upstream direction in relation to the axis of the coal stream migrating into the interior of the digestive fuel stream, so that in it an ignitable mixture is established, that the speed of the coal stream when introduced into the combustion zone is regulated to amount to from 18 - 23 m / sec as a function of carbon particle size and the content of volatiles, that an intermittent electrical discharge is established in the interior of the divergent carbon stream, so that for the ignition of the carbon sufficient energy is introduced into the mixture, and that the flame is stabilized by a rotating flow of unheated secondary air is established in the combustion zone and substantially coaxially around the coal stream after the presence of the flame has been verified.