WO1999005451A1 - Eckenbrenner für eine tangentialfeuerung und verfahrens zu dessen betrieb - Google Patents

Eckenbrenner für eine tangentialfeuerung und verfahrens zu dessen betrieb Download PDF

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WO1999005451A1
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Werner Christ
Wolfgang Schreier
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L. & C. Steinmüller Gmbh
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/08—Influencing flow of fluids of jets leaving an orifice
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/32—Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a corner burner for tangential firing, in which at least one stream of coal dust and primary air and optionally another stream of combustion air and / or recirculated flue gas are oriented tangentially to an imaginary, essentially horizontal circle in the firing chamber of the tangential firing via the corner burner be introduced into the combustion chamber and at least one further air flow (wall air flow) adjustable through a nozzle of the corner burner is introduced into the combustion chamber at an offset angle to the flow of coal dust and primary air in the direction of a wall of the combustion chamber.
  • Such a method is known from EP 22 454 B1, in which an air flow referred to as secondary air is introduced into the furnace in such a way that the secondary air flow is directed tangentially to a second imaginary circle which is at a distance from the first imaginary circle to the outside.
  • the second air flow is intended to maintain an oxidizing atmosphere along the firing walls in order to reduce the formation of slag and corrosion on an associated firing wall.
  • the nozzle for the flow of coal dust and primary air and the nozzle for the secondary air are preferably arranged one above the other in the vertical installation position of the corner burner, as shown in FIG. 5 of EP 22 454 B1.
  • the nozzle has swiveling devices for the further air flow (secondary air flow or wall air flow). Such mechanical swivel devices are complex to manufacture and are exposed to the high furnace temperatures.
  • the offset angle is adjusted by a proportionate mixture of at least two partial air jets of different flow speeds, one of which flows in a straight line onto the outlet opening of the nozzle and the other partial flow flows into the one partial flow at an angle in front of the outlet opening and whose flow velocities can be changed.
  • the exit angle of the mixed flow from the outlet opening of the wall air nozzle can be adjusted continuously.
  • Mechanical adjustment elements in the outlet opening of the nozzle are not required.
  • the invention is also directed to a corner burner with at least one nozzle for the exit of a flow of coal dust and primary air and at least one nozzle for the exit of a further air flow (wall air flow) at an adjustable offset angle relative to the coal dust primary air flow.
  • a mixing space is provided in front of the outlet opening of the nozzle, which has a wall extending parallel to the axis and wall inclined against the axis, and that the widening mixing space is on its end facing away from the outlet opening of the nozzle is connected to at least two air channels in such a way that the air stream emerging from one channel is aligned directly with the outlet opening and the air stream emerging from the other air channel hits the inclined wall, is deflected and can be mixed into the first partial stream, and that the flow velocities of the two partial flows are adjustable.
  • the two air ducts are preferably formed by a single air supply duct with an internal duct partition which ends approximately at the connection point between the mixing space and the air supply duct.
  • a particularly simple embodiment is achieved if the air channels have essentially the same cross section.
  • the coal dust primary air nozzle and the further nozzle are arranged one above the other.
  • Fig. 1 shows a horizontal section through the firebox of a tangential
  • FIGS. 2-4 show a schematic horizontal section through the firing chamber and a wall air nozzle of a corner burner to explain different exposure conditions of the wall air nozzle.
  • FIG. 1 shows a horizontal cross-section, not to scale, through the combustion chamber 1 of a tangential furnace.
  • Corner burners 2 are assigned to the four corners of the firebox. Each corner burner has at least one nozzle for the discharge of a stream 3 of coal dust and primary air.
  • the coal dust primary air flows 3 are aligned with an imaginary circle 4 arranged concentrically to the vertical axis of the combustion chamber. As a result of this alignment, the combustion chamber swirl 5 is formed in the combustion chamber during operation of the furnace.
  • a wall air stream 6 is fed via a wall air nozzle 9 of the corner burner in such a way that it enters between the main stream 3 and an adjacent combustion chamber wall 7 in order to build up an oxidizing atmosphere in the endangered area 8 of the combustion chamber wall 7 and to avoid slagging and corrosion of the wall 7. It is advisable that the offset angle ⁇ is adjustable.
  • a horizontal section through the wall air nozzle 9 of the corner burner 2 is shown, which is arranged above or below the coal dust primary air nozzle.
  • a mixing chamber 11 is connected upstream of the outlet opening 10 with the central axis 10a.
  • the mixing space 11 is delimited by a wall 12 which extends from the outlet opening 10 and extends vertically parallel to the axis 10a and a wall 13 which likewise extends from the outlet opening and is inclined at an angle to the axis 10a in such a way that the mixing space extends from the outlet opening 10 starting expanded.
  • An air supply duct 14 is connected to the free end of the mixing chamber 11 and is divided into a sub-duct 16 and a sub-duct 17 by a duct partition 15, the sub-duct 16 essentially directly onto the outlet opening 10 and the sub-duct 17 onto the inside of the inclined wall 13 are aligned.
  • the two channels 16 and 17 preferably have the same flow cross sections.
  • the partition 15 is preferably aligned with the upper edge of the outlet opening in FIGS. 2-4 and preferably ends in the connection area between the mixing space 11 and the air supply duct 14.
  • the wall 12 can of course be an extension of the corresponding wall of the duct 14.
  • the offset angle ⁇ is achieved by supplying ducts 16 and 17 with partial air flows of different speeds.
  • the length of the arrow symbols used in the figures is a measure of the speed.
  • the direction of exit is further determined by the angle of inclination ⁇ of the wall 13.
  • the wall air flow 6 occurs at the maximum possible angle, which is somewhat smaller than the angle of inclination ⁇ of the side wall 13, because it also occurs in the subchannel (17 in FIGS. 2 and 16 in FIG. 3) that is less loaded some rest of the air has to flow to cool the channel.
  • the boundary surfaces of the mixing chamber parallel to the plane of the drawings 2-4 can be formed by parallel and horizontally spaced sheets.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Eckenbrenners (2) für eine Tangentialfeuerung, bei dem über den Eckenbrenner zumindest ein Strom (3) aus Kohlenstaub und Primärluft und gegebenenfalls ein weiterer Strom an Verbrennungsluft und/oder rückgeführtem Rauchgas tangential auf einen imaginären im wesentlichen horizontalen Kreis (4) im Feuerraum der Tangentialfeuerung ausgerichtet in den Feuerraum eingeführt werden und zumindest ein weiterer Luftstrom (6) (Wandluftstrom) über eine Düse (9) des Eckenbrenners einstellbar unter einem Versatzwinkel (α) zu dem Strom aus Kohlenstaub und Primärluft in Richtung auf eine Wand (7) des Feuerraums in den Feuerraum eingeführt wird, ist zur Verbesserung der Einstellbarkeit des Versatzwinkels vorgesehen, daß der Versatzwinkel (α) durch eine anteilige Mischung von mindestens zwei Teilluftstrahlen (16, 17) unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit verstellt wird, von denen der eine Teilstrom (16) geradlinig auf die Austrittsöffnung (10) der Düse (9) zuströmt und der andere Teilstrom (17) vor der Austrittsöffnung unter einem Winkel in den einen Teilstrom einströmt und deren Strömungsgeschwindigkeiten verändert werden können.

Description

Beschreibung
ECKENBRENNER FÜR EINE TANGENTIALFEUERUNG UND VERFAHREN ZU DESSEN BETRIEB
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Eckenbrenners für eine Tangentialfeuerung, bei dem über den Eckenbrenner zumindest ein Strom aus Kohlenstaub und Primärluft und gegebenenfalls ein weiterer Strom an Verbrennungsluft und/oder rückgeführtem Rauchgas tangential auf einen imaginären im wesentlichen horizontalen Kreis im Feuerraum der Tangentialfeuerung ausgerichtet in den Feuerraum eingeführt werden und zumindest ein weiterer Luftstrom (Wandluftstrom) über eine Düse des Eckenbrenners einstellbar unter einem Versatzwinkel zu dem Strom aus Kohlenstaub und Primärluft in Richtung auf eine Wand des Feuerraums in den Feuerraum eingeführt wird.
Aus der EP 22 454 B1 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem ein als Sekundärluft bezeichneter Luftstrom so in die Feuerung eingeführt wird, daß der Sekundärluftstrom tangential auf eine zweiten imaginären Kreis gerichtet ist, der auf Abstand von dem ersten imaginären Kreis nach außen liegt. Durch den zweiten Luftstrom soll eine oxidierende Atmosphäre entlang den Feuerungswänden aufrecht erhalten werden, um dadurch die Schlackenbildung und Korrosion an einer zugeordneten Feuerungswand, zu vermindern. Vorzugsweise sind die Düse für den Strom aus Kohlenstaub und Primärluft und die Düse für die Sekundärluft in vertikaler Einbaulage des Eckenbrenners übereinander angeordnet, wie dies die Fig. 5 der EP 22 454 B1 zeigt. Die Ausrichtung des weiteren Luftstroms auf einen zweiten imaginären Kreis entspricht einem Versatzwinkel des zweiten Luftstroms bezüglich des Stroms aus Kohlenstaub und Primärluft in Richtung auf die Wand des Feuerraums zu. Nach Sp. 5, Z. 50 - 59 weist die Düse für den weiteren Luftstrom (Sekundärluftstrom oder Wandluftstrom) Schwenkeinrichtungen auf. Derartige mechanische Schwenkeinrichtungen sind aufwendig in der Herstellung und sind den hohen Feuerraumtemperaturen ausgesetzt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Eckenbrenners für eine Tangentialfeuerung anzugeben, bei dem eine Einstellbarkeit des weiteren Luftstroms (Wandluftstrom) ohne mechan ische Schwenkeinrichtungen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Versatzwinkel durch eine anteilige Mischung von mindestens zwei Teilluftstrahlen unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit verstellt wird, von denen der eine Teilstrom geradlinig auf die Austrittsöffnung der Düse zuströmt und der andere Teilstrom vor der Austrittsöffnung unter einem Winkel in den einen Teilstrom einströmt und deren Strömungsgeschwindigkeiten verändert werden können.
Durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der beiden vor dem Austritt aus der Düse vermischten Teilströme unterschiedlicher Strömungsrichtung und -geschwindigkeit kann der Austrittswinkel des Mischstromes aus der Austrittsöffnung der Wandluftdüse stufenlos eingestellt werden. Mechanische Einstellelemente in der Austrittsöffnung der Düse sind nicht erforderlich.
Die Erfindung richtet sich auch auf einen Eckenbrenner mit mindestens einer Düse für den Austritt eines Stroms von Kohlenstaub und Primärluft und mindestens einer Düse für den Austritt eines weiteren Luftstroms (Wandluftstrom) unter einem einstellbaren Versatzwinkel relativ zum Kohlenstaub-Primärluft- Strom.
Bei diesem ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß vor der Austrittsöffnung der Düse ein Mischraum vorgesehen ist, der eine sich parallel zur Achse erstrek- kende Wand und gegen die Achse geneigte Wand aufweist, und daß der sich erweiternde Mischraum auf seinem von der Austrittsöffnung der Düse abgewandten Ende mit mindestens zwei Luftkanälen verbunden ist derart, daß der aus dem einen Kanal austretende Luftstrom direkt auf die Austrittsöffnung ausgerichtet ist und der aus dem anderen Luftkanal austretende Luftstrom auf die geneigte Wand auftrifft, umgelenkt wird und in den ersten Teilstrom einmischbar ist, und daß die Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Teilströme einstellbar sind. Vorzugsweise werden die beiden Luftkanäle von einem einzigen Luftzufuhrkanal mit einer innenliegenden Kanaltrennwand gebildet, die in etwa an der Verbindungsstelle zwischen Mischraum und Luftzufuhrkanal endet.
Eine besonders einfache Ausführungsform wird erreicht, wenn die Luftkanäle im wesentlichen den gleichen Querschnitt aufweisen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn wie beim Stand der Technik, in Einbaulage des Eckenbrenners die Kohlenstaub-Primärluft-Düse und die weitere Düse (Wandluftdüse) übereinander angeordnet sind.
Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch den Feurraum einer Tangentialfeuerung und
Fig. 2 - 4 einen schematischen Horizontalschnitt durch den Feurraum und eine Wandluftdüse eines Eckenbrenners zur Erläuterung unterschiedlicher Beaufschlagungszustände der Wandluftdüse.
Die Fig. 1 zeigt einen horizonalen nicht maßstäblichen Querschnitt durch den Feuerraum 1 einer Tangentialfeuerung. Den vier Ecken des Feuerraums sind Eckenbrenner 2 zugeordnet. Jeder Eckenbrenner weist mindestens eine Düse für den Austritt eines Strom 3 aus Kohlenstaub und Primärluft aus. Die Kohlenstaub-Primärluftströme 3 sind auf einen konzentrisch zur Vertikalachse des Feuerraums angeordneten imaginären Kreis 4 ausgerichtet. Infolge dieser Ausrichtung bildet sich bei Betrieb der Feuerung im Feuerraum der Feuerraumdrall 5 aus. Unter einem Versatzwinkel von cc von beispielsweise 25 °C mindestens wird über eine Wandluftdüse 9 des Eckenbrenners ein Wandluftstrom 6 zugeführt derart, daß er zwischen dem Hauptstrom 3 und einer benachbarten Feuerraumwand 7 eintritt, um in dem gefährdeten Bereich 8 der Feuerraumwand 7 eine oxidierende Atmosphäre aufzubauen und ein Verschlacken und Korrosion der Wand 7 zu vermeiden. Es ist zweckmäßig, daß der Versatzwinkel <χ einstellbar ist. In den Fig. 2 - 4 ist ein Horizontalschnitt durch die Wandluftdüse 9 des Eckenbrenners 2 dargestellt, die oberhalb oder unterhalb der Kohlenstaub- Primärluftdüse angeordnet ist. Der Austrittsöffnung 10 mit Mittelachse 10a ist ein Mischraum 11 vorgeschaltet. Der Mischraum 11 wird durch eine von der Austrittsöfffnung 10 ausgehende und sich parallel zur Achse 10a vertikal er- streckene Wand 12 und eine ebenfalls von der Austrittsöffnung ausgehende und unter einem Winkel zur Achse 10a geneigte Wand 13 begrenzt derart, daß sich der Mischraum von der Austrittsöffnung 10 ausgehend erweitert. Mit dem freien Ende der Mischkammer 11 ist ein Luftzufuhrkanal 14 verbunden, der durch eine Kanaltrennwand 15 in einen Teilkanal 16 und einen Teilkanal 17 unterteilt ist, wobei der Teilkanal 16 im wesentlichen direkt auf die Austrittsöffnung 10 und der Teilkanal 17 auf die Innenseite der Schrägwand 13 ausgerichtet sind.
Die beiden Kanäle 16 und 17 weisen vorzugsweise gleiche Strömungsquerschnitte auf. Die Trennwand 15 ist vorzugsweise auf den in den Fig. 2 - 4 oberen Rand der Austrittsöffnung ausgerichtet und endet vorzugsweise im Verbindungsbereich zwischen Mischraum 11 und Luftzufuhrkanal 14. Die Wand 12 kann selbstverständlich eine Verlängerung der entsprechenden Wand des Kanals 14 sein.
Der Versatzwinkel <χ wird durch Beaufschlagung der Kanäle 16 und 17 mit Teilluftströmen unterschiedlicher Geschwinigkeit erreicht. Die in den Figuren verwendeten Pfeilsymbole stellen ihrer Länge ein Maß für die Geschwindigkeit dar. Die Austrittsrichtung wird weiterhin durch den Neigungswinkel ß der Wand 13 bestimmt. Bei der Beaufschlagung mit unterschiedlichen Teilluftströmen gemäß Fig. 2 ist der Versatzwinkel c = o, d. h. der Wandluftstrom 6 tritt in Hauptbrennrichtung, d. h. in Richtung des Stroms 3 aus der Düse 9 aus. Bei der Beaufschlagung gemäß Fig. 3 tritt der Wandluftstrom 6 unter dem maximal möglichen Winkel, der etwas kleiner ist als der Neigungswinkel ß der Seitenwand 13, weil auch in dem weniger beaufschlagten Teilkanal (17 in Fig. 2 und 16 in Fig. 3) ein gewisser Rest an Luft strömen muß, um den Kanal zu kühlen.
Bei gleichmäßiger Beaufschlagung der beiden Kanäle 16 und 17 gemäß Fig. 4 wird ein mittlerer Ablenkwinkel des Wandluftstroms 6 erzielt. Die Begrenzungsflächen der Mischkammer parallel zur Ebene der Zeichnungen 2 - 4 können von sich parallel und horizontal auf Abstand erstreckenden Blechen gebildet werden.
(Hierzu 2 Blatt Zeichnungen)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Eckenbrenners für eine Tangentialfeuerung, bei dem über den Eckenbrenner zumindest ein Strom aus Kohlenstaub und Primärluft und gegebenenfalls ein weiterer Strom an Verbrennungsluft und/oder rückgeführtem Rauchgas tangential auf einen imaginären im wesentlichen horizontalen Kreis im Feuerraum der Tangentialfeuerung ausgerichtet in den Feuerraum eingeführt werden und zumindest ein weiterer Luftstrom (Wandluftstrom) über eine Düse des Eckenbrenners einstellbar unter einem Versatzwinkel zu dem Strom aus Kohlenstaub und Primärluft in Richtung auf eine Wand des Feuerraums in den Feuerraum eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatzwinkel durch eine anteilige Mischung von mindestens zwei Teilluftstrahlen unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit verstellt wird, von denen der eine Teilstrom geradlinig auf die Austrittsöffnung der Düse zuströmt und der andere Teilstrom vor der Austrittsöffnung unter einem Winkel in den einen Teilstrom einströmt und deren Strömungsgeschwindigkeiten verändert werden können.
2. Eckenbrenner mit mindestens einer Düse für den Austritt eines Stromes von Kohlenstaub und Primärluft und mindestens einer Düse für den Austritt eines weiteren Luftstroms (Wandluftstrom) unter einem einstellbaren Versatzwinkel relativ zum Kohlenstaub-Primärluft-Strom, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Austrittsöffnung (10) der Düse (9) ein Mischraum (11) vorgesehen ist, der eine sich parallel zur Achse (10a) erstreckende Wand (12) und eine gegen die Achse (10a) geneigte Wand (13) aufweist, und daß der sich erweiternde Mischraum (11 ) auf seinem von der Austrittsoffnung (1 Oa) der Düse (9) abgewandten Ende mit mindestens zwei Luftkanälen (16, 17) verbunden ist derart, daß der aus dem einen Kanal (16) austretende Luftstrom direkt auf die Austrittsoffnung (10) ausgerichtet ist und der aus dem anderen Luftkanal (17) austretende Luftstrom auf die geneigte Wand auftrifft, umgelenkt wird und in den ersten Teilstrom (16) einmischbar ist, und daß die Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Teilströme (16, 17) einstellbar sind.
3. Eckenbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Luftkanäle (16, 17) von einem einzigen Luftzufuhrkanal (14) mit einer innenliegenden Kanaltrennwand (15) gebildet sind, die in etwa an der Verbindungsstelle zwischen Mischraum (11) und Luftzufuhrkanal (14) endet.
4. Eckenbrenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (16, 17) im wesentlichen den gleichen Querschnitt aufweisen.
5. Eckenbrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Einbaulage des Eckenbrenners die Kohlenstaub-Primärluft-Düse und die weitere Düse (9) (Wandluftdüse) übereinander angeordnet sind.
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