EP0229231A2 - Brenner zum Verbrennen von Brennstoffen unter verminderter Bildung von Stickoxiden - Google Patents

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EP0229231A2
EP0229231A2 EP86113814A EP86113814A EP0229231A2 EP 0229231 A2 EP0229231 A2 EP 0229231A2 EP 86113814 A EP86113814 A EP 86113814A EP 86113814 A EP86113814 A EP 86113814A EP 0229231 A2 EP0229231 A2 EP 0229231A2
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burner
guide tube
temperature
muffle
air box
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Richard Minarik
Waldemar Hartmann
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Deutsche Babcock Werke AG
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Leobersdorfer Maschinenfabrik GmbH
Deutsche Babcock Werke AG
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23D17/002—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • 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 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/008—Flow control devices
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/06041—Staged supply of oxidant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/09002—Specific devices inducing or forcing flue gas recirculation

Definitions

  • the invention relates to a burner for burning liquid and / or gaseous fuels with reduced formation of nitrogen oxides with the features of the preamble of claim 1.
  • Such a burner is known from EP-OS 0 139 085.
  • temperatures between 500 and 1100 degrees C occur due to the suction of flue gas from the combustion chamber.
  • high-temperature-resistant, metallic internals are used in the burner throat. With the fuels used and the temperatures that occur, there is a risk of high-temperature corrosion, particularly when burning sulfur-containing heavy oil.
  • the invention is based, to design the generic burner while maintaining the stepped air task in such a way that no high-temperature corrosion occurs.
  • This burner uses materials that are resistant to both oxidizing and reducing atmospheres.
  • the parts made of the temperature and corrosion-resistant material are shaped so that a staged air supply and a back suction of flue gas for the purpose of suppressing the formation of nitrogen oxides during combustion is possible.
  • the burner arrangement consists of an air box 1 through which a burner lance 2 for oil and a plurality of burner lances 3 for gas are passed.
  • the gas burner lances 3 are arranged around the oil burner lance 2.
  • An impeller 4 is slidably mounted on the oil burner lance 2.
  • the burner lances 2, 3 are surrounded by a first guide tube 5, the inlet opening of which lies within the air box 1 and the outlet opening 6 of which lies within the burner mouth, which is represented by the burner throat 7.
  • a combustion chamber 8 connects to the burner groove 7.
  • the air box 1 is separated from the burner groove 7 by a cover plate 9 through which the first guide tube 5 projects.
  • a swirl device 10 and an air guide tube 11 are provided in the rearward extension of the first guide tube 5.
  • the air guide tube 11 is axially adjustable via a linkage 12 guided to the outside. In one end position, the air guide tube 11 covers the air inlet cross section on the swirl device 10. In the other end position of the air guide tube 11, the air inlet cross section on the swirl device 10 is released and the rest of the inlet cross section covers the first guide tube.
  • a further guide tube is arranged within the burner groove 7 in the longitudinal axis of the burner at an axial distance from the outlet opening 6 of the first guide tube 5 and the cover plate 9 of the air box 1.
  • This further guide tube consists of a non-metallic, ceramic muffle 13 made of a temperature and corrosion resistant material.
  • This material can be recrystallized silicon carbide or ramming paste.
  • the muffle 13 is made up of sectors 14 which are bonded to the joints 15 with a temperature-resistant felt.
  • the sectors 14 of the muffle 13 remain freely movable with respect to one another.
  • the sectors 14 assembled in this way form a self-supporting, annular body.
  • the muffle 13 is supported by molded arms 16 on the wall of the burner groove 7 and is secured there against axial displacement. It is secured by gluing or by ceramic fasteners.
  • the muffle 13 is provided with axial passage openings 17 through which pipes 18 are passed.
  • the tubes 18 penetrate the cover plate 9 and protrude with their open end into the air box 1.
  • the other end of the tubes 18 protrudes beyond the muffle 13 and into the combustion chamber 8. This end of the tubes 18 can be beveled, the exit edge then running parallel to the spray angle 19 of the oil jet emerging from the oil burner lance 2.
  • the tubes 18 can be made from refractory ceramic, for example from aluminum silicate or from infiltrated silicon carbide. In order to be able to absorb thermal stresses, the tubes 18 are encased in the area of the penetration of the muffle 13 by a temperature-resistant felt. All ceramic inner parts of the burner are constructed in such a way that an exchange from the combustion chamber 8 is possible and that time-consuming dismantling of the air box, the fuel connection lines and others are eliminated.

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Abstract

Der Brenner dient zum Verbrennen von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen unter verminderter Bildung von Stickoxiden. Er weist Brennerlanzen (2,3) auf, die von einem von Primärluft durchströmten Führungsrohr (5) umschlossen sind und in eine Brennerkehle (7) hineinragen. In der Brennerkehle (7) ist mit radialem Abstand unter Bildung eines Rauchgasrezirkulationskanales eine nichtmetallische, temperatur- und korrosionsbeständige Muffel (13) angeordnet. Die Muffel (13) ist von sekundärluftführenden Rohren (18) aus einem temperatur- und korrosionsbeständigen Werkstoff durchdrungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen unter verminderter Bildung von Stickoxiden mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • Ein solcher Brenner ist aus der EP-OS 0 139 085 bekannt. Durch die Rücksaugung von Rauchgas aus dem Feuerraum treten je nach der Art des Brennstoffes und der Anordnung der Brenner an der Brennerkehle Temperaturen zwischen 500 und 1100 Grad C auf. Bei dem bekannten Brenner sind in der Brennerkehle hochtemperaturbeständige, metallische Einbauten eingesetzt. Bei den verwendeten Brennstoffen und den auftretenden Temperaturen besteht insbesondere bei der Verbrennung von schwefelhaltigem Schweröl die Gefahr des Auftretens von Hochtemperaturkorrosion.
  • Die Verwendung von hochtemperaturbeständigen, keramischen Werkstoffen für die inneren Teile in Brennern ist an sich bekannt. Bei einem solchen Brenner (US-PS 43 80 429) wird Rauchgas durch einen innenliegenden Rezirkulationskanal aus dem Feuerraum angesaugt. Diesem Rauchgas wird die gesamte Verbrennungsluft innerhalb des Brenners beigemischt. Bei diesem Brenner liegen somit andere Verbrennungsverhältnisse vor als bei dem gattungsgemäßen Brenner.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner unter Beibehaltung der gestuften Luftaufgabe derart zu gestalten, daß keine Hochtemperaturkorrosion auftritt.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei diesem Brenner sind Werkstoffe verwendet, die sowohl in oxidierender als auch in reduzierender Atmosphäre beständig sind. Die aus dem temperatur- und korrosionsbeständigen Werkstoff gefertigten Teile sind so geformt, daß eine gestufte Luftaufgabe und eine Rücksaugung von Rauchgas zum Zwecke der Unterdrückung der Bildung von Stickoxiden bei der Verbrennung möglich ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Brenner gemäß der Erfindung,
    • Fig. 2 die Ansicht auf die Muffel des Brenners in Blickrichtung A und
    • Fig. 3 den Schnitt III - III nach Fig. 2.
  • Die Brenneranordnung besteht aus einem Luftkasten 1, durch den eine Brennerlanze 2 für Öl und mehrere Brennerlanzen 3 für Gas hindurchgeführt sind. Die Gasbrennerlanzen 3 sind um die Ölbrennerlanze 2 angeordnet. Auf der Ölbrennerlanze 2 ist ein Impeller 4 verschiebbar befestigt.
  • Die Brennerlanzen 2, 3 sind von einem ersten Führungsrohr 5 umgeben, dessen Eintrittsöffnung innerhalb des Luftkastens 1 und dessen Austrittsöffnung 6 innerhalb der Brennermündung liegt, die durch die Brennerkehle 7 dargestellt ist. An die Brennerkehle 7 schließt sich ein Feuerraum 8 an. Der Luftkasten 1 ist von der Brennerkehle 7 durch eine Deckplatte 9 getrennt, durch die das erste Führungsrohr 5 hindurchragt.
  • In rückwärtiger Verlängerung des ersten Führungsrohres 5 ist eine Dralleinrichtung 10 und ein Luftleitrohr 11 vorgesehen. Das Luftleitrohr 11 ist über ein nach außen geführtes Gestänge 12 axial verstellbar. In der einen Endstellung überdeckt das Luftleitrohr 11 den Lufteintrittsquerschnitt an der Dralleinrichtung 10. In der anderen Endstellung des Luftleitrohres 11 ist der Lufteintrittsquerschnitt an der Dralleinrichtung 10 freigegeben und der übrige Eintrittsquerschnitt zu dem ersten Führungsrohr überdeckt.
  • Innerhalb der Brennerkehle 7 ist in der Längsachse des Brenners in einem axialen Abstand von der Austrittsöffnung 6 des ersten Führungsrohres 5 und der Deckplatte 9 des Luftkastens 1 ein weiteres Führungsrohr angeordnet.
  • Dieses weitere Führungsrohr besteht aus einer nichtmetallischen, keramischen Muffel 13 aus einem temperatur- und korrosionsbeständigen Werkstoff. Dieser Werkstoff kann rekristallisiertes Siliziumkarbid oder auch Stampfmasse sein. Die Muffel 13 ist aus Sektoren 14 aufgebaut, die an den Trennfugen 15 mit einem temperaturbeständigen Filz beklebt sind. Dabei bleiben die Sektoren 14 der Muffel 13 zueinander frei beweglich. Die so zusammengesetzten Sektoren 14 bilden einen selbsttragenden, ringförmigen Körper. Die Muffel 13 stützt sich über angeformte Arme 16 auf der Mauerung der Brennerkehle 7 ab und ist dort gegen ein axiales Verschieben gesichert. Die Sicherung erfolgt durch Verkleben oder durch keramische Befestigungselemente.
  • Die Muffel 13 ist mit axialen Durchtrittsöffnungen 17 versehen, durch die Rohre 18 hindurchgeführt sind. Die Rohre 18 durchdringen die Deckplatte 9 und ragen mit ihrem offenen Ende in den Luftkasten 1 hinein. Das andere Ende der Rohre 18 ragt über die Muffel 13 hinaus und in den Feuerraum 8 hinein. Dieses Ende der Rohre 18 kann abgeschrägt sein, wobei dann die Austrittskante parallel zu dem Sprühwinkel 19 des aus der Ölbrennerlanze 2 austretenden Ölstrahles verläuft.
  • Die Rohre 18 können aus feuerfester Keramik, beispielsweise aus Aluminiumsilikat oder aus infiltriertem Siliziumkarbid gefertigt sein. Um Wärmespannungen aufnehmen zu können, werden die Rohre 18 im Bereich der Durchdringung der Muffel 13 von einem temperaturbeständigen Filz umhüllt. Alle keramischen Innenteile des Brenners sind derart konstruiert, daß ein Austausch vom Feuerraum 8 aus möglich ist und daß zeitraubende Demontagen des Luftkastens, der Brennstoffanschlußleitungen und andere entfallen.

Claims (4)

1. Brenner zum Verbrennen von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen unter verminderter Bildung von Stickoxiden, bei dem Brennerlanzen (2,3) durch einen Luftkasten (1) geführt und von einem ersten Führungsrohr (5) umschlossen sind, dessen Eintrittsöffnung innerhalb des Luftkastens (1) und dessen Austrittsöffnung (6) innerhalb der Brennerkehle (7) vorgesehen sind, die von dem Luftkasten (1) durch eine Deckplatte (9) getrennt ist, wobei innerhalb der Brennerkehle (7) eine Sekundärluftzuführung angeordnet ist, die eintrittsseitig mit dem Luftkasten (1) verbunden ist und deren Austrittsquerschnitt stromabwärts des Austrittsquerschnittes (6) des ersten Führungsrohres (5) liegt und wobei innerhalb der Brennerkehle (7) ein weiteres Führungsrohr vorgesehen ist, das in einem radialen Abstand von der Brennerkehle (7) und dem ersten Führungsrohr (5) und in einem axialen Abstand von der Deckplatte (9) des Luftkastens (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Führungsrohr aus einer nichtmetallischen, temperatur- und korrosionsbeständigen Muffel (13) besteht, die an der Brennerkehle (7) abgestützt und befestigt ist und die von mehreren, die Sekundärluftführung bildenden Rohren (18) aus einem temperatur- und korrosionsbeständigen Werkstoff durchdrungen ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffel (13) aus einzelnen Sektoren (14) aufgebaut ist, die an den Trennfugen (15) mit einem temperaturbeständigen Filz beklebt sind.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (18) im Bereich der Durchdringung der Muffel (13) mit einem temperaturbeständigen Filz umhüllt sind.
4. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsenden der Rohre (18) parallel zu dem Sprühwinkel (19) einer zentral im Brenner angeordneten Öllanze (2) abgeschrägt sind.
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