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WO2002039018A1 - Method for firing an oil firing or gas firing boiler with a dust-like fuel - Google Patents

Method for firing an oil firing or gas firing boiler with a dust-like fuel Download PDF

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WO2002039018A1
WO2002039018A1 PCT/EP2001/012943 EP0112943W WO0239018A1 WO 2002039018 A1 WO2002039018 A1 WO 2002039018A1 EP 0112943 W EP0112943 W EP 0112943W WO 0239018 A1 WO0239018 A1 WO 0239018A1
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WO
WIPO (PCT)
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boiler
firing
combustion chamber
fuel
oil
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2001/012943
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French (fr)
Inventor
Fritz Schoppe
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
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Priority to EP01993794A priority patent/EP1332316B1/en
Publication of WO2002039018A1 publication Critical patent/WO2002039018A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
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    • F23C5/00Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08Disposition of burners
    • F23C5/24Disposition of burners to obtain a loop flame
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel

Definitions

  • the invention relates to a method for firing a boiler designed for oil or gas firing with a dust-like fuel fluidized with the aid of air.
  • Oil or gas fired water tube boilers for generating z. B. of steam are so constructed today that
  • the combustion chamber is sufficient to burn out the oil or gas flame
  • the temperature of the flue gases in the area of the combustion chamber outlet / superheater inlet (also called corner temperature t E ) is usually between 1,050 and 1,150 ° C.
  • the dust flame requires 2 to 3 times the burnout volume compared to an oil or gas flame. If the combustion chamber volume is dimensioned for gas or oil firing, it is therefore not sufficient for the burnout of dust. With the same firing capacity as with oil or gas, the burnout of the dust would extend far into the downstream units, such as the superheater, and cause severe slagging and corrosion there.
  • So the first problem is to accelerate the burnout of the dust by 100 or 200%.
  • the second problem is to take measures that lower the corner temperature from 1,050 to 1,150 ° C to approx. 900 ° C.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned that can be carried out without changing the existing boiler dimensions.
  • the invention solves the complex task consisting of three individual problems by a single measure. This consists of replacing the previous oil or gas burners, which are positioned horizontally at the bottom of the combustion chamber, with combustors, which are arranged in the area of the combustion chamber cover or on them and fire as far down as possible so that the flame jet has the largest possible expansion volume in the combustion chamber and slag formation on combustion chamber walls is avoided.
  • Combustors are to be understood as small, very heavy-duty special combustion chambers in which at least 30%, preferably 60%, of the fuel heat is converted, and which end in a flame acceleration nozzle, which generate a flame jet of at least 40 m / s, preferably 120 m / s speed , The rest of the fuel burns out in the flame jet.
  • the flame jet of a combustor has such a high speed that the flue gases in the combustion chamber are set in motion by the flame jet, which in addition to the heat transfer from the flame to the combustion chamber walls by radiation also generates heat transfer by convection and thus leads to a lowering of the corner temperature ,
  • the drawing shows a combustion chamber 1 delimited by water pipes O with a superheater 2 and a flue gas outlet 3. Downstream of this there are secondary heating surfaces 4. All water pipes O and heating surfaces are connected at the top to a boiler drum 5 and at the bottom to a water collector 6. In the lower area, dashed line 7 indicates where an oil or gas burner was previously flanged.
  • corner temperature t E of the flue gases prevails in the area of exit from combustion chamber 1 / entry into superheater 2 and is between 1,050 and 1,150 ° C. in modern boilers.
  • a combustor 8 is arranged which fires downwards from above.
  • a combustor 8 consists of an arbitrarily designed combustion chamber 9, in which at least 30% of the fuel heat is converted, and a flame acceleration nozzle 10 adjoining the combustion chamber 9, which generates a flame jet 11 which has a speed of approximately 100 m / s.
  • the water pipes O are heated by the flame jet 11 and the flue gases generated by the combustion.
  • the combustor 8 is designed in the present case so that about 50% of the fuel heat is converted in it. The remaining 50% burn in the flame jet.
  • the combustor 8 is attached to the boiler in such a way that the flame jet blown into the combustion chamber generates the fastest possible circulation of the flue gases.
  • the dust-like fuel for example coal dust
  • the dust-like fuel is fed to the combustor 8 in a fluidized state. It burns at least 30%, preferably 50% of the fuel at a pressure which is at least 200 Pa, preferably 1,000 Pa higher than the pressure in the combustion chamber 1.
  • the burning air / fuel mixture is in the flame acceleration nozzle 10 to at least 40 m / s, preferably 100 m / s accelerated flame jet speed.
  • the one from the flame beam the buoyant forces of the hot flue gases are negligible. Only the flame jet 11 determines the flow pattern in the combustion chamber 1.
  • the smoke gas content of combustion chamber 1 is approx. 28 kg.
  • the combustor has an impulse or jet thrust of approx. 1.66 kN, or 170 kg.
  • the pulse of 170 kg is large compared to the amount of flue gas of 28 kg and thus determines the speed of the flue gases in the combustion chamber 1.
  • the upward speed on the rear wall 12 of the combustion chamber is approximately 50 m / s.
  • the flue gases circulate several times in the combustion chamber 1 before they leave it through the superheater 2 and the outlet 3. In this way, in addition to flame and gas radiation, heat transfer by convection is generated, the corner temperature t E of z. B. lowers 1,100 ° C to 900 ° C.
  • the flue gas speed is still 30 to 40 m / s.
  • the flow is thus very turbulent, whereas previously the rising flame gases only reached the superheater 2 at 6 to 10 m / s in the oil or gas burners 7.
  • the air is supplied to the combustor 8 at a pressure which is above the pressure in the combustion chamber 1, at least 200 Pa, preferably 1,000 Pa above the pressure in the combustion chamber;
  • the pressure drop from the combustion chamber 9 to the combustion chamber 1 is converted into speed.
  • this work appears as an increase in energy, i.e. Acceleration of the flame beam. Its energy comes mainly from the combustion and only has to be applied to a small extent by the blower with which the fluidized fuel is introduced into the combustor 8. The power requirement of this air blower is hardly greater than that of a conventional oil burner.
  • the combustor can fire in any direction depending on the boiler design, i.e. downwards, upwards, across or at an angle. This depends on practical considerations such as B. the achievement of the fastest possible circulation of the flue gases in the combustion chamber or the blowing out of impurities. It is important that the flame jet emerging from it has a sufficient free volume into which it can spread without hitting the boiler walls and producing an ash deposit which leads to slagging.
  • the combustor is horizontal when the boiler is lying, i.e. attached essentially horizontally.
  • the combustor 8 is arranged eccentrically, because this gives the greatest flue gas circulation speeds under the conditions of the example. If other conditions require, the combustor can also be arranged symmetrically to the firebox, whereby the circulation speeds become somewhat lower.
  • combustors of larger dimensions perpendicular to the plane of the drawing several combustors can be arranged side by side as a battery.

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Abstract

A boiler designed for combusting gas or oil should be fired using dust without requiring modifications to the boiler apart from replacing the devices used for firing the boiler. The coal dust is introduced in a fluidized state into a combustor (8) and is partially combusted therein, whereby the burning air/fuel mixture is accelerated to a flame (11), which has a high velocity and which is blown into the firing chamber (1) of the boiler. At least 30 % of the fuel is combusted inside the combustor (8) under a pressure that is at least 200 Pa greater than the pressure inside the firing chamber (1). The flame (11) is directed into the firing chamber (1) in such a manner as to effect a more rapid circulation of the flue gases therein. This results in compensating for the reduction in the corner temperature by increasing the heat transmission coefficient, and in achieving a complete burn-out of the fuel without modifying the design of the boiler.

Description

Verfahren zum Befeuern eines für die Öl- oder Gasfeuerung ausgelegten Kessels mit einem staubförmigen Brennstoff Process for firing a boiler designed for oil or gas firing with a dust-like fuel

Beschreibungdescription

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befeuern eines für die Öl- oder Gasfeuerung ausgelegten Kessels mit einem staubförmigen, mit Hilfe von Luft fluidisierten Brennstoff.The invention relates to a method for firing a boiler designed for oil or gas firing with a dust-like fuel fluidized with the aid of air.

Die Notwendigkeit der Umrüstung bestehender Kesselanlagen von Öl- oder Gasfeuerung auf die Verteuerung staubförmiger Brennstoffe entstand im Sommer 2000, als die Öl- und Gaspreise innerhalb kurzer Zeit um mehr als 100% angestiegen waren. Der Wärmepreis von schwerem Heizöl erreichte das etwa 2,5-fache des Wärmepreises von Kesselkohle; der Gaspreis folgt dem Heizölpreis üblicherweise mit einer gewissen Zeitverzögerung.The need to convert existing boiler systems from oil or gas firing to the increase in the cost of dusty fuels arose in the summer of 2000, when oil and gas prices rose by more than 100% within a short period of time. The heat price of heavy fuel oil reached about 2.5 times the heat price of boiler coal; the gas price usually follows the heating oil price with a certain time delay.

Öl- oder gasgefeuerte Wasserrohrkessel zur Erzeugung z. B. von Dampf sind heute so konstruiert, daßOil or gas fired water tube boilers for generating z. B. of steam are so constructed today that

der Feuerraum zum Ausbrand der Öl- oder Gasflamme ausreicht, undthe combustion chamber is sufficient to burn out the oil or gas flame, and

die Temperatur der Rauchgase im Bereich Austritt Feuerraum/Eintritt Überhitzer (auch Ecktemperatur tE genannt) meist bei 1.050 bis 1.150°C liegt.the temperature of the flue gases in the area of the combustion chamber outlet / superheater inlet (also called corner temperature t E ) is usually between 1,050 and 1,150 ° C.

Ein einfacher Ersatz der Öl- oder Gasbrenner durch Kohlenstaubbrenner führt aus folgenden drei Gründen nicht zum Ziel:A simple replacement of the oil or gas burner with coal dust burner does not achieve the goal for the following three reasons:

1 ) Die Staubflamme erfordert gegenüber einer Öl- oder Gasflamme das 2- bis 3-fache Ausbrennvolumen. Wenn das Feuerraumvolumen für Gas- oder Ölbefeuerung bemessen ist, reicht es somit für den Ausbrand von Staub nicht aus. Bei gleicher Feuerungsleistung wie bei Öl oder Gas würde sich der Ausbrand des Staubes bis weit in die nachgeschalteten Einheiten hinein, wie beispielsweise den Überhitzer, hinziehen und dort starke Verschlackung und Korrosion verursachen.1) The dust flame requires 2 to 3 times the burnout volume compared to an oil or gas flame. If the combustion chamber volume is dimensioned for gas or oil firing, it is therefore not sufficient for the burnout of dust. With the same firing capacity as with oil or gas, the burnout of the dust would extend far into the downstream units, such as the superheater, and cause severe slagging and corrosion there.

Es besteht also als erstes Problem, den Ausbrand des Staubes um 100 oder 200% zu beschleunigen.So the first problem is to accelerate the burnout of the dust by 100 or 200%.

2) Bei den für Öl- oder Gasfeuerung üblichen Ecktemperaturen von 1.050 bis 1.150°C Schlackenbildung kommen. Daher muß die Ecktemperatur tE abgesenkt werden, und zwar in Abhängigkeit vom verwendeten Brennstoff:2) At the corner temperatures of 1,050 to 1,150 ° C usual for oil or gas firing Slag formation come. The corner temperature t E must therefore be reduced, depending on the fuel used:

a) für Steinkohle gibt das Ruhrkohle-Handbuch (7. Auflage, 1987, Seite 160, Kapitel 3.4 „Ascheschmelzverhalten") den zulässigen tE-Wert mit maximal 950°C an;a) for hard coal, the Ruhrkohle-Handbuch (7th edition, 1987, page 160, chapter 3.4 "ash melting behavior") specifies the permissible t E value with a maximum of 950 ° C;

b) für Braunkohle gibt das Rheinbraun-Datenblatt vom März 1987 zum Ascheschmelzverhalten an: „Sinter-Temperatur > 900°C"b) for brown coal, the Rheinbraun data sheet from March 1987 states the ash melting behavior: "sintering temperature> 900 ° C"

Eigene Untersuchungen der Anmelderin mit Braunkohle ergaben:The applicant's own investigations with lignite revealed:

tE - 940°C ... starke Verschlackung tE = 920°C ... Beginn der Verschlackung tE = 880 bis 900°C ...keine Verschlackung.t E - 940 ° C ... heavy slagging t E = 920 ° C ... beginning of slagging t E = 880 to 900 ° C ... no slagging.

Die Zahlenangaben decken sich also mit den im Rheinbraun-Datenblatt angegebenen Werten.The figures therefore correspond to the values given in the Rheinbraun data sheet.

Das zweite Problem besteht also darin, Maßnahmen zu ergreifen, die zu einer Absenkung der Ecktemperatur von 1.050 bis 1.150°C auf ca. 900°C führen.The second problem is to take measures that lower the corner temperature from 1,050 to 1,150 ° C to approx. 900 ° C.

3) Senkt man die Ecktemperatur tE wie vorstehend ab, verkleinert sich das Temperaturgefälle vom Rauchgas (Temperatur tE) zur Überhitzerrohrwand (meist 550 bis 600°C) von3) If the corner temperature t E is reduced as above, the temperature gradient from the flue gas (temperature t E ) to the superheater pipe wall (mostly 550 to 600 ° C) decreases

bisher z. B. 1.100°C - 600°C = 500°Cso far z. B. 1,100 ° C - 600 ° C = 500 ° C

auf jetzt z. B. 900°C - 600°C = 300°C,on now z. B. 900 ° C - 600 ° C = 300 ° C,

also auf etwa 60% der bisherigen Temperaturdifferenz. Entsprechend verringert sich die Dampfüberhitzung, was nicht zulässig ist, wenn dem Kessel beispielsweise eine Turbine nachgeschaltet ist.So about 60% of the previous temperature difference. The steam superheat is reduced accordingly, which is not permissible if, for example, a turbine is connected downstream of the boiler.

Als drittes Problem ergibt sich daher, die Überhitzerleistung trotz verringerter Ecktemperatur wieder auf den alten Wert zu erhöhen, der sich bei Befeuerung mit Öl oder Gas ergeben würde. Konventionelle Lösungen, mit denen sich die drei vorgenannten Probleme lösen ließen, würden zu einem sehr großen Bauaufwand führen:The third problem therefore arises in increasing the superheater output despite the reduced corner temperature to the old value that would result if oil or gas were fired. Conventional solutions, with which the three aforementioned problems could be solved, would lead to a very large construction effort:

1) Für die Befeuerung mit staubförmigem Brennstoff ist nach dem Stand der Technik eine Vergrößerung des Feuerraums notwendig.1) For firing with dust-like fuel, an enlargement of the combustion chamber is necessary according to the state of the art.

2) Zur Absenkung der Ecktemperatur muß gemäß Stand der Technik die Heizfläche im Feuerraum vergrößert werden.2) To lower the corner temperature, the heating surface in the combustion chamber must be enlarged according to the state of the art.

3) Will man trotz abgesenkter Ecktemperatur die Überhitzerleistung beibehalten, muß gemäß Stand der Technik der Überhitzer vergrößert werden.3) If the superheater output is to be maintained despite the lower corner temperature, the superheater must be increased in accordance with the prior art.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das sich ohne Änderung der bestehenden Kesseldimensionen ausführen läßt.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned that can be carried out without changing the existing boiler dimensions.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung löst die komplexe, aus drei Einzelproblemen bestehende Aufgabe durch eine einzige Maßnahme. Diese besteht darin, die bisherigen, unten am Feuerraum horizontal angesetzten Öl- oder Gasbrenner durch Combustoren zu ersetzen, die im Bereich der Feuerraumdeckel oder auf dieser angeordnet sind und möglichst abwärts gerichtet feuern, damit dem Flammstrahl ein möglichst großes Ausbreitungsvolumen im Feuerraum zur Verfügung steht und eine Schlackenbildung an Feuerraumwänden vermieden wird.The invention solves the complex task consisting of three individual problems by a single measure. This consists of replacing the previous oil or gas burners, which are positioned horizontally at the bottom of the combustion chamber, with combustors, which are arranged in the area of the combustion chamber cover or on them and fire as far down as possible so that the flame jet has the largest possible expansion volume in the combustion chamber and slag formation on combustion chamber walls is avoided.

Unter Combustoren sind klein bauende, sehr hoch belastbare Spezialbrennkammern zu verstehen, in denen wenigstens 30% bevorzugt 60% der Brennstoffwärme umgesetzt werden, und die in einer Flammbeschleunigungsdüse enden, die einen Flammstrahl von wenigstens 40 m/s, bevorzugt 120 m/s Geschwindigkeit erzeugen. Im Flammstrahl brennt der restliche Brennstoffanteil aus. Der Flammstrahl eines Combustors besitzt eine so hohe Geschwindigkeit, daß die Rauchgase im Feuerraum von dem Flammstrahl in eine intensive Bewegung versetzt werden, die zusätzlich zum Wärmeübergang aus der Flamme auf die Feuerraumwände durch Strahlung einen Wärmeübergang durch Konvektion erzeugt und so zu einer Absenkung der Ecktemperatur führt.Combustors are to be understood as small, very heavy-duty special combustion chambers in which at least 30%, preferably 60%, of the fuel heat is converted, and which end in a flame acceleration nozzle, which generate a flame jet of at least 40 m / s, preferably 120 m / s speed , The rest of the fuel burns out in the flame jet. The flame jet of a combustor has such a high speed that the flue gases in the combustion chamber are set in motion by the flame jet, which in addition to the heat transfer from the flame to the combustion chamber walls by radiation also generates heat transfer by convection and thus leads to a lowering of the corner temperature ,

Es kommt also auf die geeignete Auswahl der Einrichtung an, mit der der staubförmige Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf einen in Figur 1 schematisch dargestellten Öl- oder Gaskessel, der auf die Befeuerung mit Kohlenstaub umgerüstet ist, näher erläutert.It depends on the suitable selection of the device with which the dust-like The invention is explained in more detail below with reference to an oil or gas boiler shown schematically in FIG. 1, which is converted to firing with coal dust.

In der Zeichnung erkennt man einen von Wasserrohren O begrenzten Feuerraum 1 mit einem Überhitzer 2 und einem Rauchgasaustritt 3. Stromabwärts davon befinden sich Nach- schaltheizflächen 4. Sämtliche Wasserrohre O und Heizflächen sind oben mit einer Kesseltrommel 5 und unten mit einem Wassersammler 6 verbunden. Gestrichelt ist im unteren Bereich die Stelle 7 eingezeichnet, an der früher ein Öl- oder Gasbrenner angeflanscht war.The drawing shows a combustion chamber 1 delimited by water pipes O with a superheater 2 and a flue gas outlet 3. Downstream of this there are secondary heating surfaces 4. All water pipes O and heating surfaces are connected at the top to a boiler drum 5 and at the bottom to a water collector 6. In the lower area, dashed line 7 indicates where an oil or gas burner was previously flanged.

Die zuvor erwähnte Ecktemperatur tE der Rauchgase herrscht im Bereich Austritt aus dem Feuerraum 1/Eintritt in den Überhitzer 2 und liegt bei modernen Kesseln bei 1.050 bis 1.150°C.The above-mentioned corner temperature t E of the flue gases prevails in the area of exit from combustion chamber 1 / entry into superheater 2 and is between 1,050 and 1,150 ° C. in modern boilers.

Zur Umstellung der Befeuerung des dargestellten Wasserrohrkessels auf Kohlenstaubfeuerung wird der Öl- oder Gasbrenner 7 ausgebaut oder stillgesetzt. Statt dessen ist am Kopf, d.h. oben am Kessel, ein Combustor 8 angeordnet, der von oben abwärts feuert. Ein Combustor 8 besteht aus einem beliebig gestalteten Brennraum 9, in dem mindestens 30% der Brennstoffwärme umgesetzt werden, und einer sich an dem Brennraum 9 anschließenden Flammbeschleunigungsdüse 10, die einen Flammstrahl 11 erzeugt, der eine Geschwindigkeit von etwa 100 m/s hat. Die Wasserrohre O werden von dem Flammstrahl 11 und den durch die Verbrennung entstehenden Rauchgasen erwärmt.To change the firing of the water tube boiler shown to coal dust firing, the oil or gas burner 7 is removed or stopped. Instead it is on the head, i.e. At the top of the boiler, a combustor 8 is arranged which fires downwards from above. A combustor 8 consists of an arbitrarily designed combustion chamber 9, in which at least 30% of the fuel heat is converted, and a flame acceleration nozzle 10 adjoining the combustion chamber 9, which generates a flame jet 11 which has a speed of approximately 100 m / s. The water pipes O are heated by the flame jet 11 and the flue gases generated by the combustion.

Der Combustor 8 ist im vorliegenden Falle so gestaltet, daß in ihm etwa 50% der Brennstoffwärme umgesetzt werden. Die restlichen 50% brennen im Flammstrahl.The combustor 8 is designed in the present case so that about 50% of the fuel heat is converted in it. The remaining 50% burn in the flame jet.

Der Combustor 8 ist an dem Kessel derart angebracht, daß der in den Feuerraum eingeblasene Flammstrahl darin einen möglichst schnellen Umlauf der Rauchgase erzeugt.The combustor 8 is attached to the boiler in such a way that the flame jet blown into the combustion chamber generates the fastest possible circulation of the flue gases.

Der Betrieb der dargestellten Vorrichtung wird nun erläutert. Der staubförmige Brennstoff, beispielsweise Kohlenstaub, wird dem Combustor 8 in fluidisiertem Zustand zugeführt. In ihm werden mindestens 30%, vorzugsweise 50% des Brennstoffs bei einem Druck verbrannt, der wenigstens 200 Pa, bevorzugt 1.000 Pa höher ist als der Druck im Feuerraum 1. Das brennende Luft/Brennstoff-Gemisch wird in der Flammbeschleunigungsdüse 10 auf wenigstens 40 m/s, bevorzugt 100 m/s Flammstrahlgeschwindigkeit beschleunigt. Der vom Flammstrahl die Auftriebskräfte der heißen Rauchgase vernachlässigbar sind. Nur der Flammstrahl 11 bestimmt das Strömungsbild im Feuerraum 1.The operation of the device shown will now be explained. The dust-like fuel, for example coal dust, is fed to the combustor 8 in a fluidized state. It burns at least 30%, preferably 50% of the fuel at a pressure which is at least 200 Pa, preferably 1,000 Pa higher than the pressure in the combustion chamber 1. The burning air / fuel mixture is in the flame acceleration nozzle 10 to at least 40 m / s, preferably 100 m / s accelerated flame jet speed. The one from the flame beam the buoyant forces of the hot flue gases are negligible. Only the flame jet 11 determines the flow pattern in the combustion chamber 1.

Im Flammstrahl brennt die restliche Brennstoffwärme aus. Wenn dieser Ausbrandanteil pro Wärmemenge den doppelten Raumbedarf hat, wie vorher die Öl- oder Gasflamme, reicht der für Öl- bzw. Gasfeuerung ausgelegte Brennraum somit für die Kohlenstaubbefeuerung aus. Das oben an erster Stelle genannte Problem ist damit gelöst.The remaining fuel heat burns out in the flame jet. If this burnout component per heat quantity has twice the space requirement as the oil or gas flame before, the combustion chamber designed for oil or gas firing is therefore sufficient for coal dust firing. This solves the problem mentioned in the first place above.

Auch das zweitgenannte Problem ist damit gelöst. Dieses wird ersichtlich, wenn man sich die Zahlen anhand eines typischen Industrie-Wasserrohrkessels ansieht:This also solves the second problem. This can be seen when you look at the numbers using a typical industrial water tube boiler:

Kesselleistung 40 t/h, Brennerleistung insgesamt 38 MW.Boiler output 40 t / h, total burner output 38 MW.

Der Rauchgasinhalt des Feuerraums 1 ist ca. 28 kg.The smoke gas content of combustion chamber 1 is approx. 28 kg.

Bei 90 m/s Flammstrahlgeschwindigkeit hat der Combustor einen Impuls oder Strahlschub von ca. 1 ,66 kN, oder 170 kg.At 90 m / s flame jet speed, the combustor has an impulse or jet thrust of approx. 1.66 kN, or 170 kg.

Der Impuls von 170 kg ist groß gegenüber der Rauchgasmenge von 28 kg und bestimmt damit die Geschwindigkeit der Rauchgase im Feuerraum 1. So beträgt die Aufwärtsgeschwindigkeit an der Hinterwand 12 des Feuerraums ca. 50 m/s.The pulse of 170 kg is large compared to the amount of flue gas of 28 kg and thus determines the speed of the flue gases in the combustion chamber 1. The upward speed on the rear wall 12 of the combustion chamber is approximately 50 m / s.

Die Rauchgase laufen im Feuerraum 1 mehrfach um, bevor sie ihn durch die Überhitzer 2 und den Austritt 3 verlassen. Auf diese Weise wird zusätzlich zur Flamm- und Gasstrahlung ein Wärmeübergang durch Konvektion erzeugt, der die Ecktemperatur tE von z. B. 1.100°C auf 900°C senkt.The flue gases circulate several times in the combustion chamber 1 before they leave it through the superheater 2 and the outlet 3. In this way, in addition to flame and gas radiation, heat transfer by convection is generated, the corner temperature t E of z. B. lowers 1,100 ° C to 900 ° C.

Damit ist auch das an zweiter Stelle genannte Problem gelöst.This also solves the second problem.

Kurz vor dem Überhitzer 2 beträgt die Rauchgasgeschwindigkeit immer noch 30 bis 40 m/s. Damit ist die Strömung stark turbulent, während vorher bei den Öl- oder Gasbrennern 7 die aufsteigenden Flammgase nur mit 6 bis 10 m/s am Überhitzer 2 ankamen.Shortly before the superheater 2, the flue gas speed is still 30 to 40 m / s. The flow is thus very turbulent, whereas previously the rising flame gases only reached the superheater 2 at 6 to 10 m / s in the oil or gas burners 7.

Da die Wärmeübergangszahl α etwa mit der 0,7-ten Potenz der Geschwindigkeit geht:Since the heat transfer coefficient α goes with the 0.7th power of the speed:

α °-j v 0,7 steigt die Wärmeübergangszahl der Rauchgase im Überhitzer entsprechend an. Das durch die kühleren Rauchgase (tE = 900°C anstatt früher 1.100°C) verkleinerte Temperaturgefälle zwischen Rauchgas und Überhitzer wird durch die erhöhte Wärmeübergangszahl α mehr als ausgeglichen.α ° - j v 0.7 the heat transfer coefficient of the flue gases in the superheater increases accordingly. The reduced temperature gradient between flue gas and superheater due to the cooler flue gases (t E = 900 ° C instead of earlier 1,100 ° C) is more than compensated for by the increased heat transfer coefficient α.

Damit ist auch das an dritter Stelle genannte Problem gelöst.This also solves the third-mentioned problem.

Die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielte Steigerung des Wärmeübergangs im Feuerraum 1 ist außerdem noch energiesparend, wie folgende Überlegung zeigt:The increase in heat transfer in the combustion chamber 1 achieved by the measures according to the invention is also still energy-saving, as the following consideration shows:

die Luft wird dem Combustor 8 mit einem Druck zugeführt, der über dem Druck im Feuerraum 1 liegt, wenigstens um 200 Pa, bevorzugt 1.000 Pa über dem Druck im Feuerraum;the air is supplied to the combustor 8 at a pressure which is above the pressure in the combustion chamber 1, at least 200 Pa, preferably 1,000 Pa above the pressure in the combustion chamber;

im Brennraum 9 des Combustors 8 verbrennt ein Teil des Brennstoffs bei diesem höheren Druck; 'in the combustion chamber 9 of the combustor 8, part of the fuel burns at this higher pressure; '

in der Flammbeschleunigungsdüse 10 wird das Druckgefälle vom Brennraum 9 zum Feuerraum 1 in Geschwindigkeit umgesetzt.In the flame acceleration nozzle 10, the pressure drop from the combustion chamber 9 to the combustion chamber 1 is converted into speed.

Die Luft wird also:So the air becomes:

auf den Druck des Brennraums 9 verdichtet,compressed to the pressure of the combustion chamber 9,

dann durch Teilverbrennung erwärmt, undthen heated by partial combustion, and

schließlich auf den Druck im Feuerraum 1 entspannt.finally relaxed to the pressure in the combustion chamber 1.

Dies ist ein Wärmekraftmaschinenprozess, bei dem mechanische Arbeit frei wird. Im vorliegenden Fall erscheint diese Arbeit als Energiezunahme, d.h. Beschleunigung des Flammstrahls. Seine Energie entstammt also überwiegend der Verbrennung und muß nur zu einem kleinen Teil vom Gebläse aufgebracht werden, mit dem der fluidisierte Brennstoff in den Combustor 8 eingeführt wird. Der Kraftbedarf dieses Luftgebläses ist kaum größer als der bei einem üblichen Ölbrenner.This is a heat engine process that frees up mechanical work. In the present case, this work appears as an increase in energy, i.e. Acceleration of the flame beam. Its energy comes mainly from the combustion and only has to be applied to a small extent by the blower with which the fluidized fuel is introduced into the combustor 8. The power requirement of this air blower is hardly greater than that of a conventional oil burner.

Diese wirtschaftlichen Effekte bekommt man nicht nur bei der erfindungsgemäßen Umrüstung von Öl- oder Gaskesseln auf Kohlenstaubbefeuerung, sondern erst recht, wenn man einen Kessel von vornherein als Kohlenstaubkessel auslegt. Man kann dann den Brennraum von vornherein ebenso klein machen, wie etwa bei einem ölgefeuerten Kessel.You get these economic effects not only when converting oil or gas boilers to coal dust firing according to the invention, but even more so when you designs a boiler from the start as a coal dust boiler. You can then make the combustion chamber just as small from the outset as you would with an oil-fired boiler.

Die gleichen Überlegungen gelten auch für andere Brennstäube als Kohle.The same considerations apply to fuel dusts other than coal.

Der Combustor kann je nach Kesselbauform in beliebige Richtung feuern, also abwärts, aufwärts, quer oder schräg. Dieses hängt von praktischen Erwägungen ab, wie z. B. der Erzielung eines möglichst schnellen Umlaufs der Rauchgase im Feuerraum oder der Ausblasung von Verunreinigungen. Wichtig ist, daß dem aus ihm austretenden Flammstrahl ein ausreichendes freies Volumen zur Verfügung steht, in das er sich ausbreiten kann, ohne auf Kesselwände zu treffen und dort einen zur Verschlackung führenden Ascheniederschlag zu erzeugen. Bei liegenden Kesseln ist der Combustor also "quer", d.h. im Wesentlichen horizontal angebracht.The combustor can fire in any direction depending on the boiler design, i.e. downwards, upwards, across or at an angle. This depends on practical considerations such as B. the achievement of the fastest possible circulation of the flue gases in the combustion chamber or the blowing out of impurities. It is important that the flame jet emerging from it has a sufficient free volume into which it can spread without hitting the boiler walls and producing an ash deposit which leads to slagging. The combustor is horizontal when the boiler is lying, i.e. attached essentially horizontally.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Combustor 8 exzentrisch angeordnet, weil dieses unter den Bedingungen des Beispiels die größten Rauchgas-Umlaufgeschwindigkeiten ergibt. Wenn andere Bedingungen es verlangen, kann der Combustor auch symmetrisch zum Feuerraum angeordnet werden, wobei die Umlaufgeschwindigkeiten etwas kleiner werden.In the exemplary embodiment shown, the combustor 8 is arranged eccentrically, because this gives the greatest flue gas circulation speeds under the conditions of the example. If other conditions require, the combustor can also be arranged symmetrically to the firebox, whereby the circulation speeds become somewhat lower.

Bei Feuerräumen größerer Abmessungen senkrecht zur Zeichnungsebene können mehrere Combustoren nebeneinander als Batterie angeordnet sein.In combustors of larger dimensions perpendicular to the plane of the drawing, several combustors can be arranged side by side as a battery.

Es sei abschließend erwähnt, daß man am Kessel ggf. im Bereich des Bodens, wo der Wassersammler 6 verläuft, einen Ascheabzug einrichten kann, falls stark aschehaltiger Brennstoff eingesetzt werden sollte. Erfahrungen der Anmelderin haben indessen gezeigt, daß bei den meisten Kohlesorten auf einen solchen Ascheabzug verzichtet werden kann, da die Asche als Flugasche aufgrund der heftigen Rauchgasbewegung den Feuerraum zusammen mit den Rauchgasen verlassen und außerhalb des Kessels aus den Rauchgasen herausgefiltert werden kann. It should finally be mentioned that one can set up an ash extraction on the boiler, if necessary, in the area of the floor where the water collector 6 runs, if fuel with a high ash content should be used. The applicant's experience has shown, however, that most types of coal can dispense with such an ash extraction, since the ash as fly ash can leave the combustion chamber together with the flue gases due to the violent movement of the flue gas and can be filtered out of the flue gases outside the boiler.

Claims

Ansprüche Expectations 1. Verfahren zum Befeuern eines für die Öl- oder Gasfeuerung ausgelegten Kessels mit einem staubförmigen, mit Hilfe von Luft fluidisierten Brennstoff, der einem Combustor zugeführt und darin wenigstens 30% des Brennstoffs verbrannt werden, wobei der Druck in dem Combustor wenigstens 200 Pa über dem Druck im Feuerraum des Kessels liegt, das brennende Luft/Brennstoff-Gemisch zu einem Flammstrahl einer Geschwindigkeit von wenigstens 40 m/s beschleunigt wird, der in den Feuerraum geblasen wird, und der Flammstrahl in den Feuerraum derart gerichtet wird, daß sich darin ein schneller Umlauf der Rauchgase ergibt.1. Method for firing a boiler designed for oil or gas firing with a dust-like fuel fluidized with the aid of air, which is fed to a combustor and at least 30% of the fuel is burned therein, the pressure in the combustor being at least 200 Pa above that There is pressure in the combustion chamber of the boiler, the burning air / fuel mixture is accelerated to a flame jet at a speed of at least 40 m / s, which is blown into the combustion chamber, and the flame jet is directed into the combustion chamber in such a way that there is a faster Circulation of the flue gases results. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Druck bei der Verbrennung im Combustor 1.000 Pa höher ist als der Druck im Feuerraum.2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure during combustion in the combustor is 1,000 Pa higher than the pressure in the combustion chamber. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das brennende Luft/Brennstoff-Gemisch auf 100 m/s beschleunigt wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the burning air / fuel mixture is accelerated to 100 m / s. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beschleunigte Flammstrahl im oberen Bereich des Feuerraums in diesen eingeleitet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the accelerated flame jet in the upper region of the combustion chamber is introduced into this. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammstrahl vertikal von oben in den Feuerraum gerichtet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the flame jet is directed vertically from above into the combustion chamber. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammstrahl außermittig in den Feuerraum gerichtet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the flame jet is directed off-center in the combustion chamber. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 60% des Brennstoffs in dem Combustor verbrannt werden. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that 60% of the fuel is burned in the combustor.
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