EP0314910A2 - Brennersystem zur NOx-armen Verbrennung von schwerem Heizöl - Google Patents

Brennersystem zur NOx-armen Verbrennung von schwerem Heizöl Download PDF

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EP0314910A2 EP88115443A EP88115443A EP0314910A2 EP 0314910 A2 EP0314910 A2 EP 0314910A2 EP 88115443 A EP88115443 A EP 88115443A EP 88115443 A EP88115443 A EP 88115443A EP 0314910 A2 EP0314910 A2 EP 0314910A2
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    • 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 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/06—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for completing combustion
    • 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 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/30—Staged fuel supply

Definitions

  • the invention relates to a burner system for low NOx combustion of heavy oil for a fire-tube boiler having the features of the preamble of claim 1.
  • Such a burner system is known for example from DE-PS 27 31 562. Difficulties arise with this system when the burner is operated with heavy oil and used to heat a flame tube boiler. In the flame tube of the flame tube boiler, which is cooled on all sides, the heavy oil burns only incompletely, especially if a small excess of air and a gradual air input are used for the purpose of suppressing the formation of NO x .
  • the invention has for its object to design the generic burner system so that complete combustion while suppressing NO x formation is guaranteed.
  • the coarse dust components such as ash and unburned material are separated in the separator in the flue gas line and fed back to the burner for post-combustion. In this way, a certain proportion of the unburned can be allowed to burn.
  • the drawing shows a flame tube boiler with a burner system according to the invention.
  • the flame tube boiler designed as a large water chamber boiler consists of a flame tube 1 and smoke tubes 2, which are arranged within a pressure jacket 3 filled with water.
  • the pressure jacket 3 is with a water inlet and a nozzle 4 for saturated steam extraction.
  • the flue pipes 2 are connected to one another via a rear turning chamber 5 and a front turning chamber 6 and are led to a flue gas outlet 7.
  • a burner is flanged to the flame tube 1 and is connected to an air box 8 for supplying combustion air.
  • a control flap 9 is provided at the entrance of the air box 8.
  • An axially displaceable swirl body 10 is arranged within the air box 8.
  • the burner has a fireproof-lined, step-widening chamber 15.
  • the chamber 15 contains a central primary air duct 16, which connects the air box 8 to the flame tube 1.
  • An oil burner lance 17 is guided through the air box 8 and the primary air duct 16 and is loaded with heavy oil.
  • the oil burner lance 17 can be adjusted within the primary air duct 16 via a linkage.
  • the central primary air duct 16 is surrounded by secondary air inlets 18 which penetrate the wall of the chamber 15 and open into the flame tube 1 at an axial distance from the outlet cross section of the primary air duct 16.
  • the ends of the secondary air ducts 18 protrude beyond the chamber 15 and are axially displaceable via a linkage.
  • a flue gas line 19 is connected to the flue gas outlet 7 of the flame tube boiler and leads to a chimney (not shown).
  • a separator 20, which is preferably designed as a centrifugal force separator, and a compact system 21 for residual dedusting, desulfurization and denitrification are arranged in the flue gas line 19.
  • the solids discharge of the separator 20 is connected to the burner via a line 22 in which a flue gas blower 23 is arranged.
  • the line 22 is led to a passage formed in the wall of the chamber 15, which is formed from a ring of nozzle tubes 24.
  • nozzle pipes instead of nozzle pipes, a single nozzle or an annular channel can also be used be provided.
  • the nozzle tubes 24 lie on a pitch circle between the central primary air duct 16 and the secondary air inlets 18.
  • the outlet cross section of the nozzle tubes 24 lies in the direction of the longitudinal axis of the burner behind the outlet cross section of the central primary air duct 16 and before the outlet cross section of the secondary air inlets 18.
  • a shut-off device 25 is provided in line 22.
  • the flue gas blower 23 sucks a mixture stream of flue gas and coarser dust components from the solid discharge of the separator 20, which in addition to ash also contain unburned material which is re-burned after being blown back into the burner.
  • the jets emerging from the nozzle tubes 24 are oriented at a spatial angle to the burner axis so that they produce a rotational movement.
  • a branch line 26 is branched off from the flue gas line 19 connected to the gas outlet of the separator 20.
  • a partial flow of the flue gas is fed to the air box 8 via the branch line 26 via a control flap 27 which controls the quantity of the flue gas which is returned. This recirculated amount of flue gas is mixed with the combustion air and blown into the flame tube 1 through the primary air duct 16 and the secondary air feeds 18.
  • a cooled lance 28 projects into the end of the flame tube 1 facing away from the burner.
  • the lance 28 is provided with outlet openings 29, 30 through which additional fuel and additional air are introduced into the flame tube 1.
  • the outlet openings 29 for the additional fuel extend deeper into the flame tube 1 than the outlet openings 30 for the additional air.
  • the addition of additional fuel and additional air serves to reduce the nitrogen oxide formed in the flame.

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Abstract

Ein Flammrohrkessel ist mit einem Brennersystem zur NOx-armen Verbrennung von Schweröl versehen, das einen Luftkasten (8) aufweist, der über einen zentralen, eine Ölbrennerlanze (17) umschließenden Primärluftkanal (16) und über um den Primärluftkanal (16) angeordnete Sekundärluftzuführungen (18) mit dem gekühlten Flammrohr (1) des Flammrohrkessels verbunden ist. In der sich an den Rauchgasaustritt (7) anschließenden Rauchgasleitung (19) ist ein Abscheider (20) angeordnet, dessen Feststoffaustrag mit einem Kranz von Düsenrohren (24) verbunden ist, der innerhalb des Brenners angeordnet ist und in das Flammrohr (1) mündet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Brennersystem zur NOx-armen Verbrennung von Schweröl für einen Flammrohrkessel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • Ein solches Brennersystem ist beispielsweise aus der DE-PS 27 31 562 bekannt. Schwierigkeiten treten bei diesem System auf, wenn der Brenner mit Schweröl betrieben und zur Beheizung eines Flammrohrkessels verwendet wird. In dem allseits gekühlten Flammrohr des Flammrohrkessels verbrennt das Schweröl nur unvollständig, insbesondere dann, wenn zum Zwecke der Unterdrückung der NOx-Bildung mit einem geringen Luftüberschuß und gestufter Luftaufgabe gearbeitet wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Brennersystem so zu gestalten, daß eine vollständige Verbrennung bei gleichzeitiger Unterdrückung der NOx-Bildung gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brennersystem erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In dem in der Rauchgasleitung liegenden Abscheider werden die groben Staubbestandteile wie Asche und Unverbranntes abgeschieden und erneut dem Brenner zur Nachverbrennung zugeführt. Auf diese Weise kann ein bestimmter Anteil an Unverbranntem bei der Verbrennung zugelassen werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt einen Flammrohrkessel mit einem Brennersystem gemäß der Erfindung dar.
  • Der als Großwasserraumkessel ausgebildete Flammrohrkessel besteht aus einem Flammrohr 1 und aus Rauchrohren 2, die innerhalb eines mit Wasser gefüllten Druckmantels 3 angeordnet sind. Der Druckmantel 3 ist mit einem Wasserzulauf und einem Stutzen 4 zur Sattdampfentnahme versehen. Die Rauchrohre 2 sind über eine hintere Wendekammer 5 und eine vordere Wendekammer 6 miteinander verbunden und zu einem Rauchgasaustritt 7 geführt. An das Flammrohr 1 ist ein Brenner angeflanscht, der mit einem Luftkasten 8 zur Zuführung von Verbrennungsluft verbunden ist. Am Eingang des Luftkastens 8 ist eine Regelklappe 9 vorgesehen. Innerhalb des Luftkastens 8 ist ein axial verschiebbarer Drallkörper 10 angeordnet. In den Luftkasten 8 mündet eine Luftleitung 11, in der ein Frischluftgebläse 12 angeordnet ist. Das Frischluftgebläse 12 saugt über ein Filter 13 und einen Schalldämpfer 14 Luft an.
  • Der Brenner weist eine feuerfest ausgekleidete, sich stufenförmig erweiternde Kammer 15 auf. Die Kammer 15 enthält einen zentralen Primärluftkanal 16, der den Luftkasten 8 mit dem Flammrohr 1 verbindet. Durch den Luftkasten 8 und den Primärluftkanal 16 ist eine Ölbrennerlanze 17 geführt, die mit Schweröl beaufschlagt ist. Über ein Gestänge kann die Ölbrennerlanze 17 innerhalb des Primärluftkanals 16 verstellt werden.
  • Der zentrale Primärluftkanal 16 ist von Sekundärluftzuführungen 18 umgeben, die die Wand der Kammer 15 durchdringen und in einem axialen Abstand von dem Austrittsquerschnitt des Primärluftkanals 16 in das Flammrohr 1 münden. Die Enden der Sekundärluftführungen 18 ragen über die Kammer 15 hinaus und sind über ein Gestänge axial verschiebbar.
  • An den Rauchgasaustritt 7 des Flammrohrkessels ist eine Rauchgasleitung 19 angeschlossen, die zu einem nicht gezeigten Kamin führt. In der Rauchgasleitung 19 sind ein Abscheider 20, der vorzugsweise als Fliehkraftabscheider ausgebildet ist, und eine Kompaktanlage 21 zur Restentstaubung, Entschwefelung und Entstickung angeordnet.
  • Der Feststoffaustrag des Abscheiders 20 ist mit dem Brenner über eine Leitung 22 verbunden, in der ein Rauchgasgebläse 23 angeordnet ist. Die Leitung 22 ist zu einem in der Wand der Kammer 15 gebildeten Durchgang geführt, der aus einem Kranz von Düsenrohren 24 gebildet ist. Anstelle von Düsenrohren können auch eine Einzeldüse oder ein Ringkanal vorgesehen sein. Die Düsenrohre 24 liegen auf einem Teilkreis zwischen dem zentralen Primärluftkanal 16 und den Sekundärluftzuführungen 18. Der Austrittsquerschnitt der Düsenrohre 24 liegt in Richtung der Längsachse des Brenners hinter dem Austrittsquerschnitt des zentralen Primärluftkanals 16 und vor dem Austrittsquerschnitt der Sekundärluftzuführungen 18. Vor dem Eintritt in den Brenner ist in der Leitung 22 ein Absperrorgan 25 vorgesehen.
  • Das Rauchgasgebläse 23 saugt aus dem Feststoffaustrag des Abscheiders 20 einen Gemischstrom aus Rauchgas und gröberen Staubbestandteilen ab, die neben Asche auch Unverbranntes enthalten, das nach dem Wiedereinblasen in den Brenner nachverbrannt wird. Die aus den Düsenrohren 24 austretenden Strahlen sind unter einem räumlichen Winkel zur Brennerachse ausgerichtet, so daß sie eine Rotationsbewegung erzeugen.
  • Von der an den Gasaustritt des Abscheiders 20 angeschlossenen Rauchgasleitung 19 ist eine Zweigleitung 26 abgezweigt. Über die Zweigleitung 26 wird ein Teilstrom des Rauchgases über eine Regelklappe 27, die die Menge des rückgeführten Rauchgases kontrolliert, dem Luftkasten 8 zugeführt. Diese rückgeführte Rauchgasmenge wird mit der Verbrennungsluft vermischt durch den Primärluftkanal 16 und die Sekundärluftzuführungen 18 in das Flammrohr 1 eingeblasen.
  • In das dem Brenner abgewandte Ende des Flammrohres 1 ragt eine gekühlte Lanze 28 hinein. Die Lanze 28 ist mit Austrittsöffnungen 29, 30 versehen, durch die Zusatzbrennstoff und Zusatzluft in das Flammrohr 1 eingebracht werden. Dabei reichen die Austrittsöffnungen 29 für den Zusatzbrennstoff tiefer in das Flammrohr 1 hinein als die Austrittsöffnungen 30 für die Zusatzluft. Die Zuführung von Zusatzbrennstoff und Zusatzluft dient zur Minderung des in der Flamme gebildeten Stickoxides.

Claims (9)

1. Brennersystem zur NOx-armen Verbrennung von Schweröl für einen Flammrohrkessel mit einem gekühlten Flammrohr (1), einem Rauchgasaustritt (7) und einer Rauchgasleitung (19), wobei der Brenner an dem einen Ende des Flammrohres (1) angeordnet ist und einen Luftkasten (8) aufweist, der über einen zentralen Primärluftkanal (16) und über um den Primärluftkanal (16) angeordnete Sekundärluftzuführungen (18) mit dem Flammrohr (1) verbunden ist und durch den Primärluftkanal (16) eine Ölbrennerlanze (17) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rauchgasleitung (19) ein Abscheider (20) angeordnet ist, dessen Feststoffaustrag mit einem Durchgang verbunden ist, der innerhalb des Brenners angeordnet ist und in das Flammrohr (1) mündet.
2. Brennersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang durch eine Einzeldüse gebildet ist.
3. Brennersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang durch einen Kranz von Düsenrohren (24) gebildet ist.
4. Brennersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang durch einen Ringkanal gebildet ist.
5. Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des zentralen Primärluftkanals (16) und kleiner als der Teilkreisdurchmesser der Sekundärluftzuführungen (18) ist.
6. Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der Sekundärluftzuführungen (18) weiter als der Austrittsquerschnitt des Durchganges und dieser weiter als der Austrittsquerschnitt des zentralen Primärluftkanals (16) in das Flammrohr (1) hineinragt.
7. Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasaustritt des Abscheiders (20) über eine Zweigleitung (26) mit dem Luftkasten (8) verbunden ist.
8. Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (20) ein Fliehkraftabscheider ist.
9. Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in das dem Brenner abgewandte Ende des Flammrohres eine Lanze (18) Zuführung von Zusatzbrennstoff und -luft hineinragt.
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