AT502240B1

AT502240B1 - BURNER FOR STOVES

Info

Publication number: AT502240B1
Application number: AT13552005A
Authority: AT
Inventors: Heinz Lederer; Stephanie Witzmann; Alexander Lederer
Original assignee: Unitherm Cemcon Feuerungsanlag
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-05-15
Also published as: AT502240A1

Description

2 AT 502 240 B12 AT 502 240 B1

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit einer Mehrzahl von Zuführungskanälen für Brennstoffe und Verbrennungsluft, bei welchem über wenigstens einen Brennstoffkanal feste Brennstoffe, wie z.B. Kohlenstaub, zugeführt werden. 5 Bei Brennern, insbesondere bei Brennern für Drehrohröfen, wird in aller Regel über mindestens einen Brennstoffkanal fester, gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff zugeführt. Insbesondere für die Verbrennung pulverförmiger oder feinkörniger Feststoffe ist es von wesentlicher Bedeutung, die Flammenform und die Verbrennung selbst durch entsprechende Zufuhr von Primärluft zu beeinflussen. Drehrohrofenbrenner sind zumeist mit zwei Primärluftkanälen ausgestattet, io wobei derartige Kanäle entweder koaxial außerhalb oder zwischen Brennstoffkanälen angeordnet sein können. Im zentralen Bereich derartiger Brenner wird meist eine Öllanze angeordnet. Für die Beeinflussung der Flammenform ist eine rein axiale Zufuhr von Verbrennungsluft nur in geringem Ausmaß geeignet. Es werden daher zumeist Kanäle vorgesehen, über welche Verbrennungsluft verdrallt ausgestoßen wird. Aus der EP 642 645 B1 ist eine derartige Bren-15 nprkonstruktion bekannt geworden, welche zusätzlich eine Dralleinstellvorrichtung für Luft und Brenngase in Brennern für die Verbrennung pulverförmiger oder feinkörniger Brennstoffe aufweist. Bei derartigen bekannten Brennern befindet sich zentral zumeist noch ein zusätzlicher Zentralluftkanal, in welchem die Zufuhr von Flüssigbrennstoffen sowie von festen Sekundärbrennstoffen erfolgen kann. Über diesen Zentralluftkanal wird aber auch Luft eingebracht, wobei 20 der Zentralkanal an der Flammseite mit einer Stauscheibe verschlossen sein kann.The invention relates to a burner having a plurality of fuel and combustion air supply ducts in which solid fuels, such as e.g. Coal dust, be supplied. In the case of burners, in particular burners for rotary kilns, solid, gaseous and / or liquid fuel is generally supplied via at least one fuel channel. In particular, for the combustion of powdered or fine-grained solids, it is essential to influence the flame shape and the combustion itself by appropriate supply of primary air. Rotary kiln burners are usually equipped with two primary air ducts, io whereby such ducts can be arranged either coaxially outside or between fuel ducts. In the central area of such burners usually an oil lance is arranged. For influencing the flame shape, a purely axial supply of combustion air is only suitable to a limited extent. There are therefore usually provided channels through which combustion air is ejected twisted. From EP 642 645 B1, such a Bren-15 nprkonstruktion has become known, which additionally has a Dralleinstellvorrichtung for air and fuel gases in burners for the combustion of powdery or fine-grained fuels. In such known burners is centrally still usually an additional central air duct, in which the supply of liquid fuels and solid secondary fuels can be done. However, air is also introduced via this central air duct, wherein the central duct on the flame side can be closed with a baffle plate.

Die oben bereits beschriebene Dralleinstellvorrichtung zielt darauf ab, in verschiedenen Luftströmen mit axialen Komponenten oder einer Drallkomponente einen für die Flammenform geeigneten resultierenden Luftstrom zu erzeugen. Bei Verwendung schlichterer Brennstoffe, 25 d.h. Brennstoffe mit geringerem Heizwert, welche vermehrt als Sekundärbrennstoffe verfeuert werden, hat sich gezeigt, dass mit den bekannten Einrichtungen der Abbrand nur unzureichend verbessert werden kann.The swirl adjusting device already described above aims to produce in a different air flow with axial components or a swirl component a suitable air flow suitable for the flame shape. When using simple fuels, e.g. Fuels with a lower calorific value, which are increasingly burned as secondary fuels, has been shown that with the known devices of the burnup can be improved only insufficient.

Aus der US 6315551 B1 ist ein Brenner zur Nutzung eines oder mehrerer Brennstoffe bekannt 30 geworden, welcher zumindest vier im Wesentlichen konzentrische Leitungen zur Zuführung von Brennstoff und Primärverbrennungsluft aufweist, mit einer Zuleitung für axial geführte Luft und einer Zuleitung für rotierende Luft außerhalb der Brennstoffauslassöffnungen und einem zentralen Stabilisator, der an der Öffnung der durch die Blenden des Stabilisators mündenden zentralen Primärluftzuführung angeordnet ist, wobei der Stabilisator sämtliche Öffnungen einer inner-35 halb der genannten zentralen Primärluftzuführung mündenden Leitung kreisförmig umgibt. Dieser Brenner hat zumindest eine zusätzliche Gaszufuhr, welche in den genannten Stabilisator mündet.From US 6315551 B1 a burner for use of one or more fuels has become known, which has at least four substantially concentric lines for supplying fuel and primary combustion air, with a supply line for axially guided air and a supply line for rotating air outside of the fuel outlet and a central stabilizer, which is arranged at the opening of the opening through the panels of the stabilizer central primary air supply, wherein the stabilizer surrounds all the openings of an inner half of said central primary air supply line opening circular. This burner has at least one additional gas supply, which opens into the said stabilizer.

In der EP 129921 A2 ist ein Brenner beschrieben, der mit Sauerstoff betrieben werden kann 40 und bei dem Sauerstoffströme gleichmäßig auf einen ringförmigen Strom aus festem Brennstoff geleitet werden, um eine im Wesentlichen gleichförmige Aufteilung des Stroms aus festem Brennstoff sicherzustellen.In EP 129921 A2 a burner is described which can be operated with oxygen 40 and in which oxygen streams are uniformly directed to an annular stream of solid fuel to ensure a substantially uniform distribution of the stream of solid fuel.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, bei 45 welchem auch bei geringer Qualität der eingesetzten festen Brennstoffe ein verbesserter Ausbrand gewährleistet werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Ausbildung im Wesentlichen darin, dass zusätzlich zu einem der oder den Düse(n) für feste Brennstoffe benachbarten Primärluftkanal in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von gerichteten Düsen im Mantel der Düsen für feste Brennstoffe angeordnet sind, welche mit dem Primärluft-50 kanal oder einem weiteren Kanal für Verbrennungsluft in Verbindung stehen. Dadurch, dass nun zusätzlich zum Primärluftkanal eine Mehrzahl von gerichteten Düsen für ein gezieltes Eindüsen von Luft mittels Freistrahl vorgesehen ist, wird nun der Vorteil erreicht, dass ein verbesserter Ausbrand gewährleistet wird. Da sich diese zusätzlichen Düsen im Mantel und insbesondere im inneren Mantel des Kanals für feste Brennstoffe, insbesondere des Kohlenstaubkanals, 55 befinden, ergibt sich als zusätzlicher positiver Effekt eine verbesserte Kühlung des Mantelmate- 3 AT 502 240 B1 rials. Aufgrund der dadurch niedrigeren thermischen Belastung kann eine Verschleißminderung erzielt werden.The invention now aims to provide a burner of the type mentioned at 45 which even at low quality solid fuels used improved burnout can be guaranteed. To achieve this object, the inventive construction essentially consists in the fact that in addition to a primary air channel adjacent to the one or more solid fuel nozzles, a plurality of directional nozzles are arranged in the jacket of the solid fuel nozzles in the circumferential direction. 50 channel or another channel for combustion air in connection. The fact that now in addition to the primary air duct a plurality of directed nozzles for a targeted injection of air by means of free jet is provided, the advantage is now achieved that an improved burnout is ensured. Since these additional nozzles are in the jacket and in particular in the inner jacket of the solid fuel channel, in particular of the pulverized coal channel 55, an improved positive effect results in improved cooling of the shell material. Due to the resulting lower thermal load, a reduction in wear can be achieved.

In besonders vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Ausbildung hierbei so weitergebildet, 5 dass wenigstens zwei Verbrennungsluftkanäle konzentrisch zum Brennstoffkanal für feste Brennstoffe radial innen und außen zu beiden Seiten des Kanals für feste Brennstoffe angeordnet sind. Diese konventionelle Ausbildung ermöglicht es zunächst die Brennstoffdüse in radialer Richtung beidseitig mit Verbrennungsluft zu beaufschlagen, wobei diese Zufuhr von Verbrennungsluft in konventioneller Weise axial oder verwirbelt erfolgen kann. Die zusätzlich eingesetz-io ten im Mantel angeordneten gerichteten Düsen führen Verbrennungsluft in das Innere der aus dem Brennstoffkanal austretenden pulverförmigen Brennstoffwolke und beschleunigen damit den Abbrand und lassen auch bei qualitativ schlechterem Brennstoff hohe Verbrennungstemperaturen zu. Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass die Kohlenstaubdüse als Ringschlitzdüse ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Ringschlitzdüse von zwei konzentri-15 sehen Wänden begrenzt ist, von welchen eine der Düsenmündung benachbart eine größere Wandstärke als die andere Wand aufweist und die gerichteten Düsen trägt. Eine derartige größere Wandstärke einer der beiden Begrenzungswände der Ringschlitzdüse erlaubt es in besonders einfacher Weise die gerichteten Düsen in Form von einfachen Bohrungen unterzubringen, wobei gleichzeitig eine Kühlung dieser Wand des Brenners erzielt werden kann. In 20 besonders vorteilhafter Weise ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass die gerichteten Düsen als von der Achse des Brenners abweichend angeordnete Bohrungen ausgebildet sind, sodass eine zusätzliche Verwirbelung bzw. Verdrallung ermöglicht wird.In a particularly advantageous manner, the embodiment according to the invention is developed in such a way that at least two combustion air ducts are arranged concentrically to the fuel channel for solid fuels radially inwards and outwards on both sides of the channel for solid fuels. This conventional design initially makes it possible to apply combustion air to the fuel nozzle on both sides in the radial direction, whereby this supply of combustion air can take place axially or swirled in a conventional manner. The additionally used io th arranged in the jacket directional nozzles lead combustion air into the interior of the emerging from the fuel channel powdered fuel cloud and thus accelerate the burning and allow high quality combustion fuel at lower quality fuel. Advantageously, the training is in this case made so that the pulverized coal nozzle is formed as a ring slot nozzle, wherein preferably the Ringschlitzdüse is bounded by two concentric see walls, of which adjacent one of the nozzle orifice has a greater wall thickness than the other wall and carries the directed nozzles , Such a larger wall thickness of one of the two boundary walls of the annular slot nozzle makes it possible in a particularly simple way to accommodate the directional nozzles in the form of simple holes, at the same time cooling of this wall of the burner can be achieved. In a particularly advantageous manner, the design is in this case made such that the directional nozzles are designed as bores arranged differently from the axis of the burner, so that an additional turbulence or twisting is made possible.

Prinzipiell können derartig gerichtete Düsen jeweils in einen beliebigen benachbarten außerhalb 25 der Ringschlitzdüsen für festen Brennstoff angeordneten Luftkanal münden. In besonders einfacher Weise kann die Ausbildung hierbei so getroffen werden, dass die gerichteten Düsen an der der Brennerstirnseite abgewandten Innenseite in einen Verbrennungsluftkanal münden, dessen Stirnseite eine Stauscheibe mit Luftdüsen aufweist. Die Stauscheibe gewährleistet hierbei den entsprechenden Druck in den gerichteten Düsen und damit den gewünschten ge-30 zielten Freistrahl für die Verbesserung der Verbrennung.In principle, such directed nozzles can each open into any adjacent outside 25 of the annular slot nozzles for solid fuel arranged air duct. In a particularly simple manner, the training can be made so that the directed nozzles open on the inside facing away from the burner end face in a combustion air duct, whose end face has a baffle plate with air nozzles. The baffle plate ensures the appropriate pressure in the directional nozzles and thus the desired free jet for improving the combustion.

Zusätzlich zu der durch die gerichteten Düsen bereits erzielbaren Verdrehung, kann es aber zur Verbesserung des Flammenbildes durchaus vorteilhaft sein, die Ausbildung so zu treffen, dass wenigstens ein der Kohlenstaubdüse benachbarter Verbrennungs- bzw. Primärluftkanal Drall-35 körper oder Leitbleche an oder nahe der Brennerstirnseite aufweist.In addition to the already achievable by the directional nozzle rotation, but it can be quite beneficial to improve the flame image to make the training so that at least one of the pulverized coal nozzle adjacent combustion or primary air duct swirl body or baffles at or near the burner end face having.

Die zusätzlichen Bohrungen innerhalb der Wand der Kohlenstaubdüse, welche selbst wiederum einen kreisringförmigen Austrittsquerschnitt für den Kohlenstaub aufweist, führen nun dazu, dass ein Teil der Verbrennungsluft und insbesondere ein Teil der Zentralluft als Freistrahl ko-40 axial oder auch verdraht im Zentrum der Flamme eingeblasen wird, wodurch die Flamme stabilisiert wird und gleichzeitig eine Temperaturerhöhung beobachtet wird. Das doppelte Verdrallen von Flammen führt hierbei zu einer noch höheren Flammenstabilität, insbesondere bei schwer entzündbaren Brennstoffen. Der gleichzeitig erzielte Vorteil einer geringeren thermischen Belastung der Kohlenstaubdüse durch die zusätzliche Kühlung im Bereich des Mantels bedeutet im 45 Betrieb eine geringere Materialtemperatur der Kohlenstaubdüse und damit auch einen entsprechend höheren Widerstand gegen Abrasionen, wie sie insbesondere bei der Verwendung von festen Brennstoffen zu beobachten sind.The additional holes within the wall of the pulverized coal nozzle, which in turn has an annular outlet cross section for the pulverized coal, now cause a part of the combustion air and in particular a part of the central air as a free jet ko-40 axially or also wired in the center of the flame , whereby the flame is stabilized and at the same time a temperature increase is observed. The double twisting of flames leads to an even higher flame stability, especially in the case of hardly flammable fuels. The simultaneously achieved advantage of a lower thermal load of the pulverized coal nozzle by the additional cooling in the region of the shell means in 45 operation a lower material temperature of the pulverized coal nozzle and thus a correspondingly higher resistance to abrasion, as can be observed in particular in the use of solid fuels.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in einer Zeichnung schematisch dargestellten so Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown schematically in a drawing.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Axialschnitt durch einen Brenner gezeigt, wobei lediglich die oberhalb der Achse liegende Ausbildung dargestellt ist. Fig. 2 zeigt in analoger Darstellung eine abgewandelte Ausbildung, Fig. 3 eine weitere Modifikation der Anordnung der zusätzlichen 55 Düsen in einer Darstellung entsprechend den Fig. 1 und 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der LinieIn the drawing, an axial section through a burner is shown in Fig. 1, wherein only the formation lying above the axis is shown. Fig. 2 shows an analogous representation of a modified embodiment, Fig. 3 shows a further modification of the arrangement of the additional 55 nozzles in a representation corresponding to FIGS. 1 and 2, Fig. 4 is a section along the line

Claims

4 shows a section along the line BB of FIG. 2 and FIG. 6 shows a section along the line CC of FIG. 3. FIG. 1 shows a burner 1, FIG. whose axis is designated 2. In the central channel 3 5 air is supplied, and in this central channel also not shown lances can be arranged for the combustion of fuel oil. By means of such central channels, alternative fuels and, in particular, particulate material can also be supplied. The central channel is bounded by a first tubular wall 4, whose wall thickness increases towards the mouth of the burner. The area with a correspondingly increased wall thickness is schematically designated by 5 and ends at the burner mouth 6. The cylindrical wall 4 now limits on the one hand the central air duct 3 and on the other hand an annular channel 7, via which powdered solid fuels, such as coal dust, can be supplied. This annular channel 7 is bounded on its outer side by a cylindrical wall 8, to which in turn another primary air channel 9 adjoins. The central air duct is delimited by a baffle plate 10 in the region of the burner opening. The solid fuel to be combusted exits via the annular slot nozzle 11 and is supplied with combustion air via the outer primary air channel 9 and the corresponding air nozzle 12. In order to improve the burning behavior, a plurality of bores 13, which are in open connection with the central air duct 3, are arranged in the thickened wall region 5. About these holes 13, which act as directed nozzles, air in the form of free jet can be passed to the mouth of the annular slot nozzle 11 and there promote combustion. In the embodiment according to FIG. 2, in addition to the cylindrical wall 8 which delimits the primary air duct 9, there is additionally provided a further cylindrical wall 14 which delimits an axially extending combustion air duct 15. The two axially extending channels 9 and 15 open at the end face of the burner, wherein in the mouth of the axially extending channel 9 in the region of the nozzle swirling devices or guiding devices 16 are used for swirling the supplied via the channel 9 combustion air, whereas from the outside in turn, air is expelled via an axially directed nozzle 12 30. In the illustration according to FIG. 3, the bores 13 for the expulsion of combustion air open in directed form via the wall 5 of the pulverized coal nozzle into the primary air duct 9, which is arranged here between the central air duct 3 and the pulverized coal duct 7. With such a design, a better thermal insulation of the pulverized coal burner is achieved by centrally located burners. Sectional views of the individual burners are shown in FIGS. 4-6. The respective sections follow the lines A-A, B-B and C-C of FIGS. 1-3, wherein the reference numerals have been kept unchanged, respectively. Claims 1. A burner (1) having a plurality of fuel and combustion air supply ducts in which solid fuel such as e.g. Pulverized coal, characterized in that in addition to one or more of the nozzle (s) (11) for solid fuel adjacent primary air channel (9) in the circumferential direction a plurality of directed nozzles (13) in the jacket (4, 5) of the nozzles for Solid so fuels are arranged, which are connected to the primary air duct (9) or another Ka channel (3) for combustion air in connection.

2. Burner according to claim 1, characterized in that at least two combustion air ducts (3, 9) are arranged concentrically to the fuel channel (7) for solid fuel radially inside and outside on both sides of the channel (7) for solid fuels. 55 5 AT 502 240 B1

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the pulverized coal nozzle is designed as a ring slot nozzle (11).

4. Burner according to claim 3, characterized in that the Ringschlitzdüse (11) of 5 two concentric walls (4, 8) is limited, of which one (4) of the nozzle orifice adjacent (5) has a greater wall thickness than the other wall (8 ) and carries the directional nozzles (13).

5. Burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that the directed io nozzles (13) as from the axis of the burner (1) deviating arranged holes are formed.

6. Burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the directed nozzles (13) on the burner end face (6) facing away from the inside open into a combustion 15 nungsluftkanal whose end face has a baffle plate (10) with air nozzles.

7. Burner according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one of the pulverized coal nozzle (11) of adjacent combustion or primary air duct swirl body or baffles (16) at or near the burner end face (6). 20 For this 3 sheets of drawings 25 30 35 40 45 50 55