DE1096532B - Vortex melt firing - Google Patents

Description

Wirbelschmelzfeuerung Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelschmelzfeuerung, bestehend aus einem wandgekühlten zylindrischen oder vielflächigen Brennraum mit vertikaler oder steil geneigter Achse, in welchen Brennstoff, Luft und gegebenenfalls einzuschmelzende Fremdstoffe durch die Decke in schrägen, die Brennraumachse kreuzenden Strahlen eingeführt werden und aus welchem die Feuergase durch eine in derselben Decke zentrisch angeordnete Öffnung austreten, während die flüssige Schlacke durch eine im Boden des Brennraumes angeordnete Öffnung abfließt.Vortex melting furnace The invention relates to a vortex melting furnace, consisting of a wall-cooled cylindrical or multi-surface combustion chamber with vertical or steeply inclined axis in which fuel, air and possibly Foreign matter to be melted down through the ceiling in inclined positions that cross the axis of the combustion chamber Rays are introduced and from which the fire gases pass through one in the same Ceiling centrally arranged opening emerge, while the liquid slag through an opening located in the bottom of the combustion chamber flows off.

Es sind Wirbelschmelzfeuerungen bekannt, bei denen von der Decke des Brennraumes herab der tangential zugeführte Brennstoff durch Leitschaufeln in mehreren die Brennraumachse kreuzenden Strahlen mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen wird, wobei die Brennraumdecke aus feuerfestem Werkstoff besteht und keine zusätzliche Kühlung aufweist. Die Verbrennungsgase treten hierbei am Boden des Brennraumes aus. Durch die Flammenrückstrahlung aus dem Brennraum ist die Lebensdauer einer ungekühlten Brennraumdecke erfahrungsgemäß sehr begrenzt, und der Betrieb ist außerdem durch Schlackenansätze gefährdet, die ohne Beschädigung der feuerfesten Teile nicht entfernt werden können.There are vortex melt firing systems known in which from the ceiling of the Combustion chamber down the tangentially supplied fuel through guide vanes in several jets crossing the combustion chamber axis are blown in at high speed, whereby the combustion chamber ceiling consists of refractory material and no additional Has cooling. The combustion gases emerge at the bottom of the combustion chamber. Due to the flame reflection from the combustion chamber, the service life is an uncooled one Experience has shown that the combustion chamber ceiling is very limited, and operation is also through Slag deposits endangered, which cannot be removed without damaging the refractory parts can be.

Bekannt ist außerdem eine ungekühlte Wirbelkammer, bei der der Brennstoff unterhalb der Decke eingerieselt und die Verbrennungsluft durch schräge gestaffelte Schlitze am Außenrand des nach innen gewölbtenBodens derBrennkammer unterWirbelbildung von unten her eingeblasen wird. Die Verbrenmingsgase ziehen durch eine Öffnung in der Decke ab.Also known is an uncooled swirl chamber in which the fuel trickled in below the ceiling and the combustion air staggered through inclined Slits on the outer edge of the inwardly curved floor of the combustion chamber with the formation of vortices is blown in from below. The combustion gases pull in through an opening the ceiling.

Eine derartige Wirbelkammer setzt voraus, daß die Asche oder Schlacke durch die zugeführte Luft mit nach oben ausgetragen wird, sie wirkt daher praktisch nur als Zündkammer. Hingegen besteht die Hauptaufgabe aller Wirbelschmelzfeuerungen darin, die Asche in flüssiger Form abzuscheiden und damit die Verschmutzung der nachgeschalteten Heizflächen herabzusetzen.Such a vortex chamber assumes that the ash or slag is carried upwards by the air supplied, so it is practical only as an ignition chamber. On the other hand, there is the main task of all vortex melt furnaces in separating the ash in liquid form and thus the pollution of the reduce downstream heating surfaces.

Ferner sind Zyklonfeuerungen mit ähnlichem Aufbau bekannt, bei denen von der Decke der Zyklonmuffel herab der Brennstaub in axialer Richtung und vom Mantel her die Zweitluft mit hoher Geschwindigkeit in tangentialer Richtung in den Innenraum der Zyklonmuffel eingeblasen werden. Auch ist es bekannt, den Brermstaub schräg von der Decke der Zyklonmuffel her einzublasen und die Zweitluft in Brennraummitte radial oder schräg dem Zyklon zuzuführen. Hierbei erfolgen der Gas- und Schlackenaustritt am Brennraumboden. Zyklonfeuerungen dieser Art benötigen relativ hohe Luftgeschwindigkeiten, um das Ausschleudern der gröberen Staubteilchen an die Brennraumwand zu erreichen, wo sie am Schlackenfilm haften und von der darüber hinwegstreichenden Luft verbrannt werden. Hieraus ergibt sich eine sehr hohe Feuerraumbelastung bei sehr hohen Temperaturen, und es bereitet Schwierigkeiten, die im Brennraummantel liegenden Lufteintrittsöffnungen von Schlackenansätzen freizuhalten.Cyclone firing systems with a similar structure are also known in which from the ceiling of the cyclone muffle down the pulverized fuel in the axial direction and from Sheath the secondary air at high speed in a tangential direction into the Inside the cyclone muffle are blown. It is also known, the debris To be blown diagonally from the ceiling of the cyclone muffle and the secondary air in the middle of the combustion chamber feed radially or obliquely to the cyclone. This is where the gas and slag escape on the combustion chamber floor. Cyclone furnaces of this type require relatively high air velocities, to achieve the ejection of the coarser dust particles on the combustion chamber wall, where they adhere to the slag film and are burned by the air sweeping over them will. This results in a very high combustion chamber load at very high temperatures, and it causes difficulties, the air inlet openings lying in the combustion chamber jacket to be kept free of slag deposits.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Wirbelschmelzfeuerung wird die Flamme in an sich bekannter Weise bei mäßigen Einblasegeschwindigkeiten von Brennstaub und Luft erst schraubenlinienförmig nahe der Brennraumwand nach unten und von dort unter Umkehrung oberhalb des Brennraumbodens im Brennrauminnern wieder nach oben geführt.In the fluidized melt furnace designed according to the invention, the Flame in a manner known per se at moderate injection speeds for fuel dust and air first downwards in a helical manner near the combustion chamber wall and from there reversing above the combustion chamber floor inside the combustion chamber upwards again guided.

Dadurch erhält die Flamme einen relativ langen Brennweg, so daß die Brennstaubteile im wesentlichen in der Flamme und nicht an der Innenwand des Brennraumes verbrennen. Die geschmolzenen Schlackenteile setzen sich hierbei im unteren Teil der Brennkammer an der Innenwand ab, bzw. sie werden durch die Umkehrung der Flamme an den Boden des Brennraumes geschleudert, von wo sie durch die dort vorgesehene Öffnung abfließen.This gives the flame a relatively long burning path, so that the Fuel dust particles mainly in the flame and not on the inner wall of the combustion chamber burn. The melted slag parts settle in the lower part the combustion chamber on the inner wall, or they are due to the reversal of the flame thrown to the bottom of the combustion chamber, from where it is thrown through the provided there Drain opening.

Dadurch, daß die Eintrittsdüsen für Brennstaub und Luft in der sägezahnartig profilierten Decke des Brennraumes liegen, werden Schlackenansätze an ihnen wirksam vermieden, da sie gegen die Flammenrückstrahlung gut geschützt und auch die weniger steil verlaufenden Deckenteile durch Kühlrohre gesichert sind, an denen sich keine festhaftenden Schlackenteile ansetzen können.Because the inlet nozzles for fuel dust and air are sawtooth-like profiled ceiling of the combustion chamber, slag deposits are effective on them avoided as they are well protected against flame reflection and also the less steep ceiling parts are secured by cooling pipes, on which there are no adhering slag parts can attach.

Die Neigung der einzelnen Zuführungen kann deich sein, es kann aber auch vorteilhaft sein, Brennstoff-und Luftzuführungen verschieden geneigt anzuordnen, wodurch eine raschere und bessere Vermischung von Brennstoff und Luft erreicht wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn abwechselnd in einem Segment Brennstoff-, im nächsten Lufzuführungen angeordnet sind. Weiter kann es vorteilhaft sein, zwischen mehreren auf dem gleichen Radius angeordneten Brennstoffzuführungen solche für Zweitluft anzuordnen. Wird die ganze Zweitluft oder ein Teil davon durch konzentrisch um die Brenner angeordnete ringförmige Öffnungen zugeführt, so tritt ebenfalls infolge der gedrängten Bauweise eine gute Mischung ein. Um zu verhindern, daß Brennstoffteilchen an oder nahe der Kammerwand infolge Luftmangels nicht ausbrennen, werden außerdem erfindungsgemäß am äußeren Rand der Decke Luftdüsen vorgesehen, durch die ein Luftschleier entlang der Wand gebildet wird, welchen die Brennstoffteilchen durchdringen müssen, bevor sie die Kammerwand erreichen. Es wird von den Eigenschaften des Brennstoffes abhängen, welche Anordnung der Düsen angewendet wird. Man erhält eine gute Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten Brennstoffe und beherrscht somit ein breites Brennstoffband.The inclination of the individual feeders can be dike, but it can it can also be advantageous to arrange the fuel and air supply lines at different inclines, whereby a faster and better mixing of fuel and air is achieved. This is particularly the case when alternately in a segment fuel, are arranged in the next air inlets. It can also be advantageous between several fuel feeds arranged on the same radius, those for secondary air to arrange. Is all or part of the secondary air through concentrically around the Burner arranged annular openings fed, so also occurs as a result a good mixture of the compact construction. To prevent fuel particles will also not burn out on or near the chamber wall due to lack of air according to the invention provided on the outer edge of the ceiling air nozzles through which an air curtain is formed along the wall through which the fuel particles must penetrate, before they reach the chamber wall. It depends on the properties of the fuel depend on which arrangement of the nozzles is used. Good adaptability is obtained to a wide variety of fuels and thus masters a wide range of fuels.

- Bei Anordnung mehrerer Brennstoff- bzw. Luftzuführungen auf einem Radius können deren Achsen parallel gerichtet sein, es kann aber auch vorteilhaft sein, einzelne Brenner oder Luftzuführungen so anzuordnen oder einstellbar zu machen, daß ihre Achsen im Winkel zueinander stehen. Dadurch kann die Stärke der Fliehkraft in gewissen Grenzen der Ausmahlung des Brennstoffes angepaßt werden, und auch die Mischung zwischen Brennstoff und Luft wird dadurch verbessert.- When arranging several fuel or air supply lines on one Radius, their axes can be directed parallel, but it can also be advantageous be able to arrange or adjust individual burners or air supplies in such a way that their axes are at an angle to each other. This can reduce the strength of the centrifugal force be adapted within certain limits of the grinding of the fuel, and also the This improves the mix between fuel and air.

Erfindungsgemäß wird angestrebt, die Verbrennungsluft mit höherer Geschwindigkeit einzuführen als den Brennstoff, damit durch die Relativgeschwindigkeit zwischen beiden die Reaktion beschleunigt wird.According to the invention, the aim is to increase the combustion air with higher To introduce speed as the fuel, thus by the relative speed between the two the reaction is accelerated.

Um auch den in den Kesselzügen und Filtern derselben Feuerung abgeschiedenen Flugstaub oder auch den Flugstaub anderer Feuerungen restlos ausbrennen und einschmelzen zu können, werden Flugstaubzuführungen in der Decke angeordnet, die auf den gleichen Radien wie die Brennstoff- bzw. Luftzuführungen münden und zwischen diesen liegen. Sie können jedoch auch auf besonderen Radien liegen, die zwischen zwei mit Luftdüsen bestückten Radien angeordnet sind. Am zweckmäßigsten ist jedoch die Unterbringung auf einem Kreis, der außerhalb der Brennstoff- und Luftzuführungen liegt. Dadurch wird der Flugstaub, der dicht innerhalb der Mantelfläche einströmt, besonders schnell an der Wand eingebunden.And that which is separated in the boiler passes and filters of the same furnace Burn out and melt flue dust or flue dust from other furnaces completely To be able to, airborne dust feeders are arranged in the ceiling, which on the same Radii such as the fuel or air supply lines open and lie between them. However, they can also be on special radii that are between two with air nozzles equipped radii are arranged. However, accommodation is most appropriate on a circle that is outside the fuel and air supplies. Through this the airborne dust that flows in close within the shell surface is particularly rapid integrated on the wall.

Um die rotierende Bewegung der Flamme, die infolge der schräg abwärts gerichteten Einströmung der Medien von der Decke her entsteht, weiter zu verbessern, insbesondere die Umlenkung der Flamme möglichst tief nach unten zu verlegen, kann der innere Teil der Decke mit einer kragenartigen Einstülpung versehen werden, die es gestattet, an ihrer Außenfläche Luft bzw. ein Brennstaub- oder Flugstaub-Luft-Gemisch so einzublasen, daß die abwärts gerichtete rotierende Bewegung der Flamme unterstützt und das kurze Umbiegen der Flamme, namentlich am inneren Rande des Flammenwirbels, verhindert wird.To the rotating movement of the flame, which as a result of the oblique downward directed inflow of the media from the ceiling, to be further improved, in particular, to move the deflection of the flame down as far as possible, can the inner part of the blanket can be provided with a collar-like indentation, which it allows air or a fuel dust or airborne dust-air mixture on its outer surface to be injected so as to assist the downward rotating motion of the flame and the brief bending of the flame, especially on the inner edge of the vortex of flame, is prevented.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (unterVerwendung von vierBrennerreihen) im Prinzip dargestellt, und zwar zeigt Abb.1 einen Vertikalschnitt durch die Brennkammer, Abb.2 eine Seitenansicht bei zum Teil entfernter Kammerwand, Abb. 3 eine Draufsicht auf die Kammerdecke. Gemäß Abb. 1 besteht die Schmelzkammerfeuerung aus einem im -wesentlichen zylindrischen Rohrsystem 5 mit unterer Verengung 6. Die Seitenwandrohre 5 bilden zugleich die Decke 7, die der im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Gasabzug 8 durchdringt. In den ringförmigen Deckenteil 7 münden die Brenner 9 (zwischen denen je eine Zweitluftdüse 10 untergebracht ist) .In the drawing is an embodiment of the invention (using of four rows of burners) in principle, namely Fig. 1 shows a vertical section through the combustion chamber, Figure 2 is a side view with the chamber wall partially removed, Fig. 3 is a top view of the chamber ceiling. According to Fig. 1, there is the melting chamber firing from an essentially cylindrical pipe system 5 with a lower constriction 6. The Side wall tubes 5 also form the ceiling 7, which is essentially cylindrical trained gas vent 8 penetrates. In the annular cover part 7 open out Burner 9 (between each of which a second air nozzle 10 is housed).

Um die zentrale Gasabzugsöffnung herum ist eine Einspülung 17 der Decke angeordnet, in der zusätzliche Luft- bzw. Luftbrennstoffdüsen 18 untergebracht sind.A flushing device 17 is located around the central gas discharge opening Arranged ceiling, housed in the additional air or air fuel nozzles 18 are.

Außerdem sind unterhalb einer stufenförmigen Erweiterung der Außenwand Luftzuführungen 19 vorgesehen, die Zusatzluft entlang der Außenwand der Brennkammer einblasen.In addition, there is a stepped extension of the outer wall below Air inlets 19 are provided, the additional air along the outer wall of the combustion chamber blow in.

Wie Abb. 2 zeigt, ist die Decke abgestuft, und zwar etwa sägezahnartig ausgebildet. Sie besteht aus steil-und flachabfallenden Teilen 11 und 12. In erstere münden die Brenner-_und Zweitluftdüsen 9 und 10.As Fig. 2 shows, the ceiling is stepped, roughly sawtooth-like educated. It consists of steep and gently sloping parts 11 and 12. In the former the burner and secondary air nozzles 9 and 10 open.

Abb. 3 zeigt die Düsenanordnung von oben gesehen. Den-Düsen werden das Brennstaub-Luft-Gemisch, die Zweitluft und der Flugstaub durch Ringleitungen 14 bis 16 zugeführt. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel sind je zwei Brennstaubdüsen 9 dargestellt, die auf vier unter je 90° gegeneinander versetzten Radien angeordnet sind, wobei zwischen je zwei Brennstaubdüsen eine Zweitluftdüse 10. sich befindet. Die Flugstaubdüsen 13 sind auf einem Kreis angeordnet, der dicht an der zylindrischen Außenwand der Brennkammer 5 außerhalb des Kreises der äußeren Breiinerdüsen verläuft.Fig. 3 shows the nozzle arrangement seen from above. Den-nozzles are the fuel dust-air mixture, the secondary air and the airborne dust through ring lines 14 to 16 supplied. In the chosen embodiment there are two fuel dust nozzles 9 shown, which are arranged on four radii offset from one another at 90 ° each are, with a second air nozzle 10 between each two fuel dust nozzles. The fly dust nozzles 13 are arranged on a circle, which is close to the cylindrical The outer wall of the combustion chamber 5 extends outside the circle of the outer pulp nozzles.

Die dargestellte Anordnung ist lediglich als eine der zahlreichen möglichen Düsenanordnungen zu betrachten, _ deren - Anzahl, Gruppierung und Verteilung den jeweiligen Betriebsbedingungen, der Kesselgröße u. dgl. anzupassen ist.The arrangement shown is merely one of the many possible nozzle arrangements to consider _ their - number, grouping and distribution must be adapted to the respective operating conditions, the boiler size and the like.

Claims (9)

PATENTANSP1tüCHE: 1. Wirbelschmelzfeuerung mit wandgekühltem zylindrischem oder vielflächigem Brennraum mit vertikaler oder- steil geneigter Achse, in welchen Brennstoff, Luft und gegebenenfalls einzuschmelzende Fremdstoffe durch die Decke in schrägen, die Brennraumachse kreuzenden Strahlen eingeführt werden und aus welchem die Feuergase durch eine in derselben Decke zentrisch angeordnete öffnung austreten, während die flüssige Schlacke durch eine im Boden des Brennraumes angeordnete Öffnung abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumdecke in achsparallelen Zylinderschnitten ein sägezahnartiges Profil aufweist, wobei die Zuführungsöffnungen für Brennstoff, Luft und Fremdstoffe jeweils in jeder zweitenSteilfläche des Sägezahnprofils angeordnet sind. PATENT APPLICATION: 1. Vortex melt furnace with wall-cooled cylindrical or multifaceted combustion chamber with a vertical or steeply inclined axis in which Fuel, air and any foreign matter to be melted down through the ceiling be introduced in inclined, the combustion chamber axis crossing beams and from which the fire gases exit through an opening centrally arranged in the same ceiling, while the liquid slag through an opening arranged in the bottom of the combustion chamber drains, characterized in that the combustion chamber ceiling in axially parallel cylinder sections has a sawtooth-like profile, the feed openings for fuel, Air and foreign matter are each arranged in every other partial surface of the sawtooth profile are. 2. Wirbelschmelzfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen der Zuführungsleitungen für Brennstoff, Luft und Fremdstoffe auf einem oder mehreren konzentrischen Kreisen verteilt angeordnet sind. 2. vortex melting furnace according to claim 1, characterized in that the Openings of the supply lines for fuel, air and foreign matter on one or several concentric circles are arranged distributed. 3. Wirbelschmelzfeuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Radius jeweils zwei oder mehrere Brennerdüsen (10) liegen, wobei die Brennerachsen parallel oder im Winkel zueinander verlaufend angeordnet sind. 3. Eddy melt furnace according to claims 1 and 2, characterized in that two or more burner nozzles (10) are located on a radius, the burner axes being arranged parallel or at an angle to one another. 4. Wirbelschmelzfeuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Zuführungen (9) für Verbrennungsluft nahe dem Brennraummantel enden und ihnen die Luft in regelbarer Menge zugeführt wird. 4. Vortex melt firing after claims 1 to 3, characterized in that some of the feeders (9) for Combustion air end near the combustion chamber jacket and give them the air in controllable Amount is supplied. 5. Wirbelschmelzfeuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasegeschwindigkeiten von Brennstaub und Zweitluft voneinander abweichen, insbesondere derart, daß die Einblasegeschwindigkeit der Zweitluft höher als die des Brennstaubes ist. 5. vortex melting furnace according to claims 1 to 4, characterized characterized in that the injection speeds of fuel dust and secondary air from each other differ, in particular such that the blowing speed the secondary air is higher than that of the fuel dust. 6. Wirbelschmelzfeuerung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Zuführungen (16) für die einzuschmelzenden Stoffe auf Radien angeordnet sind, die zwischen je zwei mit Zweitluftzuführungen (9) .besetzten Radien liegen. 6. Vortex melt firing after the claims 1 to 5, characterized in that the feeds (16) for the Materials to be melted down are arranged on radii, each with two with secondary air supply (9). Occupied radii lie. 7. Wirbelschmelzfeuerung nach denAnsprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daB die Austrittsöffnungen für die einzuschmelzenden Fremdstoffe auf einem Kreise liegen, der in der Nähe des Brennraummantels verläuft. B. 7. Vortex melt furnace according to claims 1 to 5, characterized in that the outlet openings for the Foreign matter lies in a circle that runs near the combustion chamber jacket. B. Wirbelschmelzfeuerung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daB die Decke des Brennraumes am inneren, der Gasabzugsöffnung zugekehrten Rande einen kragenartigen, mit Kühlrohren versehenen Ring (17) aufweist, in dem zusätzlich Öffnungen zum Einblasen von Brennstaub, Luft oder Fremdstoffen vorgesehen sein können, wobei deren Zuführung in solcher Richtung und mit solcher Geschwindigkeit erfolgt, daB die abwärts gerichtete rotierende Bewegung der Flamme unterstützt wird. Vortex melt furnace according to Claims 1 to 7, characterized in that the ceiling of the combustion chamber on the inner edge facing the gas outlet opening has collar-like ring (17) provided with cooling tubes, in which additional openings can be provided for blowing in fuel dust, air or foreign matter, wherein they are fed in in such a direction and at such a speed that the downward rotating movement of the flame is supported. 9. Wirbelschmelzfeuerung nach denAnsprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB in einer oder mehreren Höhenlagen des Brennraumes in seinem Mantel Ausbuchtungen od. dgl. angeordnet sind, in deren Decken- oder Seitenflächen weitere Luft-oder Staubzuführungen (19) münden, deren Blasrichtung im wesentlichen mit der der Deckenzuführungen (9, 10) übereinstimmt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 566 617; Patentschrift Nr. 8853 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; österreichische Patentschrift Nr. 181342; französische Patentschrift Nr. 626 492; britische Patentschriften Nr. 616 840, 708 897; USA.-Patentschrift Nr. 2 483 780; Zeitschrift »Gas and Oil Power«, 1952, S. 299.9. Vortex melting furnace according to claims 1 to 8, characterized in that bulges or the like are arranged in its jacket at one or more heights of the combustion chamber, in the top or side surfaces of which further air or dust feeds (19) open, the blowing direction of which is in essentially coincides with that of the ceiling feeders (9, 10) . Documents considered: German Patent No. 566 617; Patent Specification No. 8853 of the Office for Invention and Patents in the Soviet Zone of Occupation in Germany; Austrian Patent No. 181,342. French Patent No. 626,492; British Patent Nos. 616 840, 708 897; U.S. Patent No. 2,483,780; "Gas and Oil Power" magazine, 1952, p. 299.