CH141684A

CH141684A - Process for burning gaseous, liquid or solid pulverized fuels, and burner for carrying out this process.

Info

Publication number: CH141684A
Authority: CH
Inventors: B L Powdered Fuel Limited
Original assignee: B & L Powdered Fuel Limited
Priority date: 1928-05-01
Filing date: 1929-04-23
Publication date: 1930-08-15

Description

Procede pour brüler des combustibles gazeux, et liquides ou solides pulverises, et brnleur pour la mise en aeuvre de ce procMe. L'invention est relative ;ä. un procede pour brüler des combustibles gazeux, et liquides ou solides pulverises principalement pour la combustion de ceux obtenus par 1e fin broyage de houille, de lignite, de tourbe et autres matieres carbonees solides, ou les re- sidus solides obtenus par 1e traitement ther- mique de ces maueres carbonees. 0n sait que 1'efficacite la plus elevee et la tempera- ture la plus Brande dune flamme sont ob- tenues en faisant brüler des combustibles avee la quantite theorique d'air requise pour la combustion. Process for burning gaseous, liquid or solid pulverized fuels, and burner for implementing this process. The invention relates; ä. a process for burning gaseous, liquid or solid pulverized fuels mainly for the combustion of those obtained by the fine grinding of coal, lignite, peat and other solid carbonaceous materials, or the solid residues obtained by the thermal treatment mic of these carbonaceous materials. It is known that the highest efficiency and the hottest temperature of a flame are obtained by burning fuels with the theoretical amount of air required for combustion.

Dans les cas oü la quantite theorique d'air requise pour la combustion est meIan- gee avec 1e combustible, les retours de flamme sont generalement empeehes en fai- sant passen 1e melange ä travers le brüleur a, une vitesse plus Brande que la vitesse de propagation de la flamme caraeteristique du melange particulier de combustible et d'air qui est utilise. Toutefois, il n'est pas desi- nable d'employer des vitesses elevees pour brüler certains combustibles, et dans ces cas, et afin de permettre d'utiliser de faibles Pres- sions et en meine temps d'empecher les re- tours de flamme, an a propose d'employer avee 1e brüleur une toile metallique ou une Plaque de metal perforee dun Brand nombre de petits trous, ou encore d'employer des Bandes de metal croisees disposees de fagon ä constituer une multitude de canaux ou conduits ayant une seetion transversale re- lativement faible. Dans ces deux derniers cas, les canaux ou ouvertures ä, 1'orifice de sortie du brüleur sont suffisamment refroi- dis, par 1e melange de combustible et d'air qui les traverse, pour arreter un retour de flamme s'il s'en produit un. L'emploi de toile metallique ou d'ouvertures ou canaux relativement petits form@s dans une Plaque de metal presente, toutefois, certains incon- v6nients, notamment dans les cas oü an brfle du. combustible en poudre, car il est toujours possible que les petites- ouvertures ou eanaux s'obstruent. In cases where the theoretical amount of air required for combustion is mixed with the fuel, flashbacks are generally prevented by passing the mixture through the burner at a higher velocity than the combustion velocity. flame spread characteristic of the particular mixture of fuel and air being used. However, it is undesirable to employ high velocities to burn certain fuels, and in these cases, and in order to allow the use of low pressures and at the same time to flame, it has been proposed to use with the burner a wire mesh or a metal plate perforated with a Brand number of small holes, or even to use crossed strips of metal arranged in such a way as to constitute a multitude of channels or ducts having a relatively small transverse section. In these last two cases, the channels or openings ä, the outlet orifice of the burner are sufficiently cooled, by the mixture of fuel and air passing through them, to stop a flashback if it occurs. produces one. The use of wire mesh or relatively small openings or channels formed in a metal plate, however, has certain disadvantages, particularly in cases where there is a risk of damage. powdered fuel, as it is always possible for small openings or channels to clog.

Le procede selon la presente invention, consiste ä melanger 1e combustible qui doit eire brüte avec la quantite theorique d'air requise -pour assurer la combustion de fagon ä former un melange tres explosif, ä pro- duire 1e melange sous Pression ä 1'interieur d'un brüleur et ä diviser ce melange en un Brand nombre de filets independants ä 1'o- rifice de sortie du brüleur. Ce procede est caracterise en ce que la Pression du melange de combustible et d'air est Pendant son Pas sage ä travers 1e brüleur jusqu'ä Forifice de sörtie de ce dernier, reduite approximative- ment ä la valeur de la Pression regnant dann la chambre de combustion, tandis que la vi- tesse de ce melange est simultanement por- tee au-dessus de la vitesse de propagation de la flamme. Par consequent, Pendant la com- bustion, un tres Brand nombre de petits cö- nes de flammes ayant une Brande vitesse sont produits ä Porifice de sortie du urüleur et 1e retour de flamme est evite. The process according to the present invention consists in mixing the fuel, which must be raw, with the theoretical quantity of air required to ensure combustion in such a way as to form a highly explosive mixture, in producing the mixture under pressure inside of a burner and dividing this mixture into a number of independent streams at the outlet of the burner. This process is characterized in that the pressure of the mixture of fuel and air is, during its passage through the burner to the outlet of the latter, reduced approximately to the value of the pressure prevailing in the chamber. of combustion, while the speed of this mixture is simultaneously increased above the speed of propagation of the flame. Therefore, during combustion, a very large number of small cones of flame having a high velocity are produced at the outlet of the burner and flashback is avoided.

A cet effet, 1'interieur du brüleur peut etre constitue ä la fa@on d'un tube de Ven- turi, de maniere ä transformer la Pression du melange de combustible et d'air en vi- tesse, tandis que la sortie du brüleur est constitue par une surface percee d'un Brand nombre d'orifices ou de trous dont la section transversale varie ä pa.rtir du pdint oü le combustible et Fair entrent Jans lesdits trous jusqu'au point oü ils les quittent, la combustion ayant lieu ä la sortie desdits ori- fices. Par exemple, les ouvertures ou trous formes dans ladite surface (appelee ci- apres la grille) peuvent etre evases ext6rieu- rement ä leurs extremite d'admission et de sortie @ä la facon de tuyeres de turbines. Le combustible tel qu'une mauere carbonee pul- verulent est melange avec la quantite th6o- rique d'air, de fapon ä former un melange tres explosif aux orifices de sortie du brfi- leur. Une Pression appropriee est d'environ 125 ä 250 millimetres de hauteur d'eau. Une Partie de fair peut eire admise au brüleur avec 1e eombustible et 1e reste, qui est re- quis pour assurer la combustion complete, peut etre melange avec 1e combustible ä 1'interieur du corps du brüleur meme. Cet air additionnel ou secondaire peut entrer dann 1e brüleur par des ouvertures dont la section transversale peut eire regle comme an 1e de- sire, par exemple, au moyen d'aubes ou RTI ID="0002.0276" WI="5" HE="4" LX="1900" LY="431"> ai- lettes disposees tangentiellement, montees sur un manchon entourant des ouvertures con- duisant dune chambre ä air ä 1'interieur du brüleur, lesdites aubes ou ailettes etant destinees ä imprimer un mouvement de tour- billonnement ä fair et ä effectuer son ine- lange intime avec Fair Primaire et 1e combus- tible. L'air Primaire et ler combustible peu- vent egalement, si an 1e desire, recevoir un mouvement de tourbillonnement, ou les ou- vcrtures par lesquelles fair Primaire et 1e combustible sont admis ä, 1'interieur du brfi- leur peuvent Ure egalement construites ä la faQon d'un tube de Venturi ou d'une tuyere de turbine, ou ces deux conditions ä la fois peuvent eire realisees. Au delä du point oü Fair additionnel est me1ange avec Fair Pri maire, 1e brüleur peut etre construit comme un tube de Venturi et transforme en vitesse la Pression de Fair et du combustible meIan- g6s, augmentant ainsi 1'energie cinetique des parcelles de combustible contenues dans 1e melange. Par conAquent, apres avoir quitte la Partie du brfileur dans laquelle a lieu 1e melange complet de la totalite de Pair et du combustible, an peut laisser 1e melange coin- bustible se detendre, e@ la Pression du me- lange de combustible et d'air Sera transfor- mee en vitesse. La Partie evasee du brüleur est pöurvue ä. son extremite de sortie dune grille presentant un Brand nombre d'ouver- tures oü toute Pression existant encore dans 1e melange d'air et de combustible est trans- formAe en vitesse ou energie cinetique, en raison du fait que les ouvertures, comme mentionne precedemment, sont egalement construites ä la faeon de tubes de Venturi ou de tuyeres de turbines. En d'autres ter- mes, la Pression aux orifices de sortie du brü- leur est reduite approximativement ä la va- leur de celle regnant dann la chambre de com- 1mstion, mais la vitesse est plus Brande que la vitesse de propagation de la flamme, et un melange tres explosif est forme, qui, lors- qu'il est allume, produit un Petit cöne de flamme ä chacun des orifices de sortie du brüleur et evite 1e retour de flamme. For this purpose, the interior of the burner can be constructed in the manner of a Venturi tube, so as to transform the Pressure of the mixture of fuel and air into velocity, while the outlet of the The burner consists of a surface pierced with a number of orifices or holes whose cross-section varies from the point where the fuel and air enter the said holes to the point where they leave them, the combustion having place at the outlet of said orifices. For example, the apertures or holes formed in said surface (hereinafter referred to as the grid) may be flared outwardly at their inlet and outlet ends in the manner of turbine nozzles. The fuel such as a powdery carbonaceous material is mixed with the theoretical amount of air so as to form a highly explosive mixture at the burner outlets. A suitable Pressure is about 125 to 250 millimeters of water height. Part of the fuel can be admitted to the burner with the fuel and the remainder, which is required to ensure complete combustion, can be mixed with the fuel inside the body of the burner itself. This additional or secondary air can enter the burner through openings whose cross-section can be adjusted as desired, for example, by means of vanes or RTI ID="0002.0276" WI="5" HE=" 4" LX="1900" LY="431"> fins arranged tangentially, mounted on a sleeve surrounding openings leading from an air chamber inside the burner, said vanes or fins being intended to impart a movement of swirl to make and to carry out its intimate inlange with the Primary Air and the 1st fuel. The Primary air and fuel may also, if desired, be given a swirling motion, or openings through which Primary air and fuel are admitted to the interior of the burner may also be constructed. like a Venturi tube or a turbine nozzle, where both of these conditions can be achieved. Beyond the point where additional Air is mixed with Primary Air, the burner can be constructed as a Venturi tube and transforms the Pressure of the mixed Air and fuel into velocity, thereby increasing the kinetic energy of the fuel particles contained therein. in the 1st mixture. Therefore, after leaving the part of the burner in which complete mixing of all air and fuel takes place, the combustible mixture can be allowed to expand, at the pressure of the mixture of fuel and fuel. air Will be transformed into speed. The flared part of the burner is provided with ä. its outlet end of a grate having a number of openings where any Pressure still existing in the air-fuel mixture is converted into velocity or kinetic energy, due to the fact that the openings, as mentioned previously , are also constructed in the manner of Venturi tubes or turbine nozzles. In other words, the pressure at the outlets of the burner is reduced approximately to the value of that prevailing in the combustion chamber, but the velocity is greater than the propagation velocity of the combustion. flame, and a highly explosive mixture is formed which, when ignited, produces a small cone of flame at each of the burner outlets and prevents flashback.

Le dessin annexe represente, ä. titre Texemple, un brüleur construit suivant la presente invention, La fig. 1 en est uns vue en coupe; La fig. 2? en est uns vue en plan; La fig. ä est uns coupe faite suivant la ligne X-te de la fig. 1; La fig. 4 est uns vue de face de la grille disposee ä 1'extren-kite anterieure du brüleur; La fig. 5 est uns vue en coupe transver- sa.le ä plus Brande schelle, de la grille; La fig. 6 est uns vue en bout, et La fig. 7 uns vue de cöte de 1'extremite (Je la soupape montrant les aubes ou ailettes destinees ä, imprimer un mouvement de tour billonnement au combustible en poudre et ä Fair. The accompanying drawing represents, ä. As the example, a burner constructed according to the present invention, FIG. 1 is a cross-sectional view; fig. 2? is a plan view; fig. ä is a section made along the line X-te of fig. 1; fig. 4 is a front view of the grate disposed at the anterior end of the burner; fig. 5 is a larger cross-sectional view of the grid; fig. 6 is an end view, and FIG. 7 a side view of the end of the valve showing the vanes or vanes intended to impart a whirling motion to the powdered fuel and to air.

L'enveloppe A du brüleux, qui est pour- vue dune collerette A3 destinee ä, etre bou- lonnee ä 1'avant dune chambre de combus- tion, de fagon que la Partie anUrieure du brü- leur s'etende ä 1'interieur de la chambre de combustion, presente un conduit d'admission A' pour 1e combustible et Fair Primaire et un conduit d'admission AZ pour Fair secondaire. Le volume d'air Primaire et de combustible est regle au moyen dune soupape B pourvue Tune tige filetee b montee Jans un bossage a et destinee ä recevoir un mouvement de ro- tation ä Faide d'un volant de manceuvre C, de maniere i deplacer la soupape longitudi- nalement pa.r rapport ä Fenveloppe A. Une poigr,ee Cl est egalement prevue pour ver- rouiller la soupape B dann la Position oü eile s. ete reglee. L'enveloppe A presente interieu- reinent un epaulement annulaire a1 et en rap- prochant ou en eloignant 1a. soupape de cet epaulement, 1e volume d'air Primaire et de e@ombustible Passant ä. travers 1e brüleur peut ftre regle comme an 1e desire. La tete b1 de 1a, soupape est pourvue, comme representg plus clairement aux fig. 6 et 7, de plusieurs aubes ou ailettes inclinees b2, b2 destinees ä imprimer un mouvement de tourbillonnement ä fair Primaire et au combustible. Le com- bustible en poudre et de Pair, de preference prealablement chauffe, comme represente plus clairement fig. 3, entrent tangentiellement dans la chambre a2 du brüleur, de fagon qu'un mouvement de tourbillonnement leur soit im- prime. Au delä de la soupape B, 1e brüleur est pourvu dune Partie a' de section tron- conique et fair secondaire, de preference, prealablement chauffe, admis dans 1e conduit A` sous la commande dune soupape (non re- pr6sent6e), entre tangentiellement dans une chambre a`- (fig. 3), s'etendant autour de la Partie a', de maniere qu'un mouvement de tourbillonnement lui soit egalement imprime. L'air Primaire et 1e combustible, lorsqu'ils quittent la Partie a3, exercent Sur Pair se- condaire uns action analogue ä celle dun in- jecteur, produisant ainsi uns turbulence et un melange intime de Pair Primaire, de Pair secondaire et du combustible. L'enveloppe A du brüleur presente un etranglement au point a', de maniere ä aider encore davantage ä produire un melange intime de Pair Pri maire, de Pair secondaire et du combustible. A partir de Petranglement a', Penveloppe du brüleur va en s'evasant exterieurement en a', ou est en forme de cornet, constituant ainsi uns Sorte de tube de Ventl-iri qui permet au melange de se detendre progressivement et de transformer la Pression du melange de com- bustible et d'air en vitesse ou energie cine- t.ique. La Partie evasee du brüleur est pour- vue. ä son extremite de sortie, dune grille presentant un Brand nombre d'ouvertures D, D de section transversale variable depuis leurs extremites d'admission jusqu'ä leurs extremites de sortie, de fagon que toute Pres sion existant encore dans Pair et 1e combus- tible melanges est transformee en vitesse. La grille pourrait eire faite en metal ou en ma- tiere refraetaire ou Partie en metal et Partie en matiere refractaire, et eile peut avoir uns epaisseur teile qu'on dispose dune quantite suffisantei de matiere pour permettre le re- froidissement voulu de la flamme, de sorte que si un retour de flamme se produit, la flamme sera éteinte avant de passer à tra vers les ouvertures D, D. Dans l'exemple re présenté, la grille est constituée par deux pla ques superposées comprenant une partie d pouvant être en métal ou en matière réfrac taire, faisant face au courant de combustible et d'air passant à travers le brûleur et pré sentant un degré élevé ou relativement élevé de conductibilité calorifique, ainsi qu'une partie d' contre laquelle la combustion du combustible et de l'air a lieu, cette partie d' pouvant être en métal ou autre matière qui résistera à une température élevée, mais qui n'a pas nécessairement besoin d'avoir un de gré élevé de conductibilité calorifique. La partie d' est fixée d'une manière amovible à la partie d, de sorte qu'une nouvelle partie peut facilement lui être substituée lorsque cela est nécessaire. The casing A of the burner, which is provided with a flange A3 intended to be bolted to the front of a combustion chamber, so that the anterior part of the burner extends inside of the combustion chamber, has an inlet duct A' for the fuel and Primary Air and an inlet duct AZ for the secondary Air. The volume of Primary air and fuel is regulated by means of a valve B provided with a threaded rod b mounted on a boss a and intended to receive a rotary movement. using a handwheel C, so as to move the valve longitudinally with respect to the casing A. A handle C1 is also provided to lock the valve B in the position where it is. been settled. The casing A has an annular shoulder a1 on the inside and bringing 1a closer or further apart. valve of this shoulder, the first volume of Primary air and e @ ombustible Passing ä. across the burner can be adjusted as desired. The head b1 of 1a, valve is provided, as represented more clearly in FIGS. 6 and 7, several inclined vanes or fins b2, b2 intended to impart a swirling movement to the Primary air and to the fuel. The powder fuel and air, preferably previously heated, as shown more clearly in fig. 3, enter tangentially into the chamber a2 of the burner, so that a whirling movement is imparted to them. Beyond valve B, the burner is provided with a Part a' of truncated and secondary section, preferably previously heated, admitted into the conduit A under the control of a valve (not shown), between tangentially in a chamber a'- (fig. 3), extending around Part a', so that a whirling movement is also imparted to it. The Primary air and the fuel, when they leave Part a3, exert on the secondary air an action analogous to that of an injector, thus producing turbulence and an intimate mixture of Primary air, secondary air and fuel. . Burner shell A has a constriction at point a' to further assist in producing an intimate mixture of primary air, secondary air and fuel. From the a' angle, the burner envelope flares outwards at a', or is horn-shaped, thus constituting a sort of Ventl-iri tube which allows the mixture to gradually expand and transform the Pressure of the mixture of fuel and air into velocity or kinetic energy. The flared part of the burner is provided. at its outlet end, a grid having a Brand number of openings D, D of variable cross-section from their inlet ends to their outlet ends, so that any pressure still existing in the air and the combustion tible mixtures is transformed into speed. The grid could be made of metal or of refractory material or Part of metal and Part of refractory material, and it can have a thickness such that a sufficient quantity of material is available to allow the desired cooling of the flame. so that if a flashback occurs, the flame will be extinguished before passing through the openings D, D. In the example shown, the grate consists of two superposed plates comprising a part d which may be of metal or refractory material, facing the flow of fuel and air passing through the burner and having a high or relatively high degree of heat conductivity, as well as a part of counter which the combustion of fuel and air takes place, this part of which may be of metal or other material which will withstand a high temperature, but which need not necessarily have a high degree of heat conductivity. Part d' is attached in a removable manner to part d, so that a new part can easily be substituted for it when necessary.

A l'aide de la présente invention, la flamme est constituée par un très grand nom bre de petits cônes de flamme ayant une fai ble pression, mais une grande vitesse et dont le nombre correspond à celui des ouvertures fermées dans la plaque, chaque cône de flamme étant de courte longueur, en raison du fait que la combustion du combustible a lieu aux orifices de sortie du brûleur avec la quantité théorique d'air pour former un mélange explosif. Ce fait est particulièrement avantageux dans les cas où un combustible pulvérulent est employé et où une flamme de courte longueur est très désirable. Using the present invention, the flame is constituted by a very large number of small flame cones having a low pressure, but a high speed and whose number corresponds to that of the closed openings in the plate, each cone of flame being of short length, due to the fact that the combustion of the fuel takes place at the exit ports of the burner with the theoretical quantity of air to form an explosive mixture. This fact is particularly advantageous in cases where a pulverulent fuel is employed and where a flame of short length is very desirable.

En raison du fait que le brûleur fonc tionne avec la quantité théorique d'air et qu'en même temps les retours de flamme sont évités, le brûleur perfectionné est très effi cace et, en outre, la disposition d'une pla que antérieure interchangeable résistant au feu protège le brûleur de la chaleur intense à laquelle sont généralement soumis les brû leurs à combustible pulvérulent fonctionnant à débit élevé En outre, la transformation en -vitesse de la pression de l'air permet égale ment d'obtenir une combustion efficace, étant donné que l'enveloppe de constituants oxydés dont est entourée chaque parcelle de com bustible est rapidement éliminée, de sorte que les parcelles de combustible présentent continuellement de nouvelles surfaces à l'oxy dation, favorisant ainsi une combustion ra pide et complète. Des mesures peuvent être prises pour nettoyer les orifices de sortie du brûleur s'ils venaient à s'obstruer. Par exem ple, on peut prévoir des moyens qui peuvent être actionnés de l'extérieur du brûleur pour rapprocher ou éloigner la plaque extérieure d' de la plaque d, afin de débarrasser ces parties du poussier ou du mâchefer qui peut y adhérer. Due to the fact that the burner operates with the theoretical amount of air and at the same time backfires are avoided, the perfected burner is very efficient and furthermore the arrangement of an exchangeable front plate fire resistant protects the burner from the intense heat to which powder fuel burners operating at high output are usually subjected. since the envelope of oxidized constituents surrounding each fuel parcel is rapidly eliminated, so that the fuel parcels continually present new surfaces to oxidation, thus promoting rapid and complete combustion. Steps can be taken to clean the burner outlets should they become clogged. For example, means can be provided which can be actuated from outside the burner to bring the outer plate d′ closer to or further away from the plate d, in order to rid these parts of the dust or clinker which may adhere thereto.

Des mesures peuvent être également pri ses, si cela est nécessaire, pour refroidir, à l'aide d'air ou d'eau. le brûleur ou les ori fices de sortie de celui-ci, et la partie posté rieure du brûleur jusqu'à la collerette -13 peut être articulée ou reliée d'une manière amovible à la partie antérieure, de façon à permettre d'avoir facilement accès à l'inté rieur du brûleur. Measures can also be taken, if necessary, for cooling, using air or water. the burner or the outlet orifices thereof, and the rear part of the burner up to the flange -13 can be hinged or connected in a removable manner to the front part, so as to allow easy access access to the inside of the burner.

Claims

CLAIMS - 1 Process for burning fuels, gases and pulverized liquids or solids, consisting in mixing the fuel with the theoretical quantity of air required for combustion so as to form a highly explosive mixture, at producing the mixture under pressure inside a burner, and dividing the fuel and air mixture into a large number of independent streams at the outlet of the burner, characterized in that the pressure of the mixture of fuel and air is, during its passage through the burner as far as the outlet of the latter, reduced approximately to the value of the pressure prevailing in the combustion chamber, the speed of this mixture being simultaneously raised above the speed of propagation of the flame, producing: thus, at the outlet orifices of the burner, a very large number of small flame cones having a low pressure but a high speed. It Burner for the implementation of the pro ceded according to claim I, charac terized in that the interior, as well as the exit of the burner are shaped so as to. transform the pressure of the mixture of fuel and air into speed. SUB-CLAIMS 1. Process according to claim I, characterized in that the fuel is passed, after having mixed it with the theoretical quantity of air for combustion, through a Venturi tube when it goes to burner outlets.

2 Process according to claim I, characterized in that part of the air is admitted into the burner with the fuel, the remainder which is required to ensure complete combustion, being mixed with this fuel inside the burn body their very own.

3 Burner according to claim II, characterized in that the outlet consists of a large number of holes whose cross section varies from the point where the fuel and the air enter these holes to the point where they leave, the combustion taking place at these outlet orifices 1 Burner according to claim II and sub-claim 3, characterized in that the outlet of the burner is constituted by a plate pierced with a large number of flared holes externally to their inlet and outlet ends, like turbine nozzles. 5 Burner according to claim II, ca acterized in that the output of the burner is constituted by a double perforated plate whose part facing the current of fuel and air has a relatively high degree of heat conductivity and whose part against which the combustion takes place is made of a material resistant to a high temperature.