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Description Brûleur, en particulier pour la calcination de pierre à chaux.
L'invention concerne un brûleur, en particulier pour un four vertical de calcination de pierre à chaux.
Dans le document de brevet allemand DE-36 42 163 sont divulgués un procédé de fabrication de chaux ainsi qu'un four vertical pour la réalisation du procédé. Le four vertical publié dans ce document de brevet comporte un puits de four dans lequel une lance d'amenée de combustible et d'air est disposée dans une partie inférieure et s'étend verticalement, essentiellement dans une direction longitudinale du puits du four. En particulier, du combustible gazeux est amené par l'intermédiaire de cette lance, et brûle alors avec l'oxygène de l'air apporté par la lance. La chaleur développée à cette occasion est utilisée pour la calcination de la pierre à chaux amenée par le haut dans le puits du four.
Cependant, pour pouvoir également utiliser des combustibles solides, dans ce four vertical connu, du combustible solide doit être mélangé à la pierre à chaux amenée par le haut dans le puits du four. Il se pose alors le problème que la distribution du combustible solide à travers la section transversale du four ne peut être établie de façon définie, ce qui peut entraîner localement dans le puits du four un apport excessif ou insuffisant de combustible solide, et dès lors des développements localement diffé-
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rents de chaleur dans la zone de flamme. En conséquence, la pierre à chaux amenée par le haut et tombant à travers les flammes n'est pas calcinée régulièrement, ce qui réduit la qualité de la chaux calcinée obtenue.
En outre, le document DE-OS 27 10 205 décrit l'utilisation comme combustible pour la calcination de pierre à chaux, d'une part un gaz dégagé d'une pyrolyse d'ordures, dont la capacité calorifique n'est pas constante, et l'addition dosée à ce gaz d'un combustible de capacité calorifique constante en correspondance avec une réduction ou avec une augmentation du pouvoir calorifique du gaz développé par la pyrolyse d'ordures. Des variations du pouvoir calorifique du gaz doivent ainsi être compensées.
Cela nécessite cependant un contrôle coûteux des quantités du combustible à pouvoir calorifique constant apporté et, en particulier lors de variations du pouvoir calorifique du gaz développé par la pyrolyse d'ordures, cela entraîne un ralentissement du contrôle, à cause du contrôle des quantités de combustible à pouvoir calorifique constant en fonction du pouvoir calorifique du gaz développé par la pyrolyse d'ordures. Cela a pour conséquence que dans le four à chaux proposé dans DE-OS 27 10 205, des variations des caractéristiques de calcination peuvent encore apparaître.
DE-OS 28 30 125 décrit un procédé de calcination de pierre à chaux, dans lequel des déchets pyrolysables sont apportés dans des chambres de combustion d'un four vertical, les gaz apparaissant lors de la décomposition étant amenés dans la zone de combustion où ils sont brûlés. Dans ce procédé se pose également le problème qu'à cause de différences des caractéristiques de décomposition des déchets, la caractéristique de combustion du four ne peut être maintenue constante, ce qui pose à nouveau le
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problème que la pierre à chaux apportée dans le four est calcinée de manière irrégulière.
En revanche, l'objet de la présente invention est de prévoir un brûleur, en particulier pour un four vertical de calcination de pierre à chaux, qui même lors de l'utilisation de différents combustibles présentent une caractéristique régulière de calcination. Selon l'invention, cet objet est atteint en ce que le brûleur comporte une tête de brûleur comportant une pluralité d'interstices d'écoulement disposés en substance l'un au-dessus de l'autre dans la direction d'un axe longitudinal du four vertical, pour l'écoulement radial d'air ou de combustible, tandis qu'au moins deux interstices d'écoulement d'air et au moins un interstice d'écoulement de combustible disposé entre ces deux interstices d'écoulement d'air sont prévus,
la section transversale effective d'écoulement d'au moins un des deux interstices de sortie d'air immédiatement voisins de l'interstice de sortie du combustible au moins prévu pouvant être modifiée.
En modifiant la section transversale effective d'écoulement d'au moins un des deux interstices de sortie d'air, le rapport entre l'air sortant et le combustible sortant peut être régulé de telle sorte que, lors de l'utilisation de différents combustibles, la caractéristique de combustion du four équipé du brûleur selon l'invention reste toujours constante, et que donc la qualité de la chaux calcinée dans le four vertical reste inchangée. Pour permettre une combustion régulière du combustible à travers toute la section transversale du four, et donc pour maintenir la même qualité de chaux calcinée sur toute la section transversale du four, il est proposé que les interstices de sortie soient configurés sous la forme d'interstices annulaires s'étendant dans le sens de la
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circonférence entourant la tête de brûleur.
Le combustible et l'air s'écoulent ainsi radialement hors des interstices de sortie, dans des plans disposés chacun les uns audessus des autres, et entraînent ainsi une combustion régulière du combustible.
Les interstices de sortie peuvent être réalisés de manière particulièrement simple lorsque la tête de brûleur comporte une pluralité d'éléments à disque disposés en substance les uns au-dessus des autres à un écartement déterminé l'un par rapport à l'autre dans la direction de l'axe longitudinal du four vertical, qui forment chaque fois entre eux les interstices de sortie. De tels éléments à disque sont faciles et peu coûteux à fabriquer et à monter, de sorte que l'ensemble des coûts de fabrication du brûleur selon l'invention est faible.
Pour pouvoir, lors d'un changement de combustible, adapter de manière simple le débit d'air sortant au combustible modifié, et donc maintenir constante la caractéristique de combustion du four, il est proposé que les sections transversales effectives d'écoulement des deux interstices d'émission d'air immédiatement voisins de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu puissent être modifiées de telle sorte que lors d'une augmentation de la section transversale effective d'écoulement d'un des deux interstices d'émission d'air, la section transversale effective d'écoulement de l'autre interstice d'émission d'air diminue de manière correspondante. On peut ainsi, en particulier pour un débit d'air constant, contrôler de manière simple la caractéristique de combustion du four, par modification de l'écoulement du courant de combustible émis.
A cet effet, il est proposé que la section transversale
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effective d'écoulement des interstices d'émission d'air immédiatement voisins de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu puisse être modifiée par déplacement axial des éléments à disque formant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu.
Pour prévoir un débit minimal de l'air qui est émis hors de l'interstice d'émission d'air prévu au-dessus de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, il est proposé que dans l'interstice d'émission d'air disposé au-dessus de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, au moins un élément d'écartement soit prévu pour constituer une butée de déplacement axial pour les éléments à disque enfermant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu.
Lorsque les éléments à disque sont configurés en forme de disques annulaires avec des ouvertures centrales de passage, et qu'un élément à disque de fermeture de brûleur sans ouverture de passage est prévu au-dessus de l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut, l'espace formé par les éléments à disque avec disque annulaire et entouré par les éléments à disque avec disque de type annulaire est en communication avec au moins un canal d'amenée d'air pour l'amenée d'air vers chacun des interstices d'émission d'air, et lorsque les éléments à disque enfermant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu sont rendus solidaires l'un de l'autre par un élément cylindrique au voisinage d'une surface périphérique intérieure de leurs ouvertures de passage,
on crée de manière simple un espace à travers lequel l'air est amené vers chacun des interstices d'émission d'air, tandis qu'en prévoyant l'élément cylindrique, l'interstice d'émission de combustible au moins prévu est séparé de cet espace, de sorte qu'aucun
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air ne peut sortir à travers ce dernier interstice. Il ne faut donc pas prévoir des conduites séparées d'amenée ou similaires pour chacun des interstices d'émission d'air.
Pour pouvoir conduire le combustible vers l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, il est proposé que dans l'élément cylindrique soit prévue une pluralité d'ouvertures radiales écartées l'une de l'autre dans la direction de la circonférence et ouvertes en direction de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, les ouvertures radiales étant, pour l'amenée de combustible vers au moins un interstice de combustible, reliées chacune à un premier canal d'amenée de combustible par des tubes de canalisations radiales s'étendant en substance radialement vers l'intérieur depuis l'élément cylindrique.
Un rétrécissement radial dans la zone de l'ouverture radiale crée un effet d'entonnoir pour le combustible amené à travers les tubes de canalisation radiale vers l'interstice de combustible au moins prévu.
De manière simple, et sans l'utilisation de composants supplémentaires, un rétrécissement radial des ouvertures radiales peut être formé par des tronçons obliques situés chaque fois sur les surfaces périphériques intérieures des éléments à disque enfermant entre eux l'interstice d'émission de combustible au moins prévu.
Pour assurer une caractéristique régulière d'émission à la tête de combustible sur toute la périphérie de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, il est proposé que le nombre d'ouvertures radiales comportant chacun des tubes de canalisations radiales soit situé dans la plage de quatre à vingt.
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Le premier canal d'amenée de combustible peut être formé par un premier élément tubulaire s'étendant en substance dans la direction de l'axe longitudinal du four vertical, les tubes de canalisations radiales débouchant dans le premier élément tubulaire dans la zone d'une extrémité supérieure de celui-ci et étant solidaires de celui-ci.
Les éléments à disque enfermant entre eux le canal d'émission de combustible au moins prévu et comportant l'élément cylindrique sont ainsi portés par le premier élément tubulaire, par l'intermédiaire des tubes de canalisations radiales, de sorte qu'il ne faut prévoir aucun autre moyen d'appui ou de support pour ces éléments à disque.
Il est ainsi possible de régler de manière simple la section transversale effective d'écoulement des interstices d'émission d'air immédiatement voisins de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, par déplacement du premier élément tubulaire, et donc des éléments à disque formant l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, dans la direction de l'axe longitudinal du four vertical.
Le canal d'amenée d'air, pour l'amenée de l'air vers l'espace enfermé par les éléments à disque avec disque de type annulaire, est de préférence formé par un second élément tubulaire qui entoure en substance concentriquement le premier élément tubulaire. On forme ainsi entre le premier élément tubulaire et le second élément tubulaire un premier canal annulaire, par lequel on peut apporter l'air vers chacun des interstices d'émission d'air.
Cela est en particulier avantageux lorsque l'air amené aux interstices d'émission d'air est déjà préchauffé et préchauffe ainsi également le combustible en s'écoulant autour du premier canal d'amenée de combustible.
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Pour assurer un débit d'air suffisant pour la combustion du combustible, il est proposé qu'au-dessus, dans le sens axial, de l'interstice d'émission d'air disposé au-dessus de l'interstice d'émission de combustible au moins prévu, au moins un autre interstice d'émission d'air soit formé par au moins un autre élément à disque avec disque de type annulaire.
Un autre interstice d'émission de combustible, dans la zone de l'extrémité située axialement dans le haut de la tête de combustible, peut de manière simple être prévu en ce que l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut dans la direction axiale, présente une ouverture de passage de plus petit diamètre dans laquelle débouche un second canal d'amenée de combustible, tandis qu'entre l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut et l'élément à disque de fermeture du brûleur est formé un autre interstice d'émission de combustible, pour une émission radiale de combustible. On prévoit ainsi deux plans d'émission de combustible dans le puits du four, ce qui permet d'améliorer encore la capacité de combustion et le comportement à la combustion du four vertical.
Il est alors proposé que le premier élément tubulaire soit configuré à paroi double, avec une paroi extérieure et une paroi intérieure disposée en substance concentriquement par rapport à la paroi extérieure, le premier canal d'amenée de combustible étant constitué par un second canal annulaire formé entre la paroi extérieure et la paroi intérieure, fermé dans la zone de l'extrémité supérieure du premier élément tubulaire, et que dans un espace enfermé par la paroi intérieure, un troisième élément tubulaire servant de second canal d'amenée de combustible soit disposé en substance coaxialement par
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rapport au premier élément tubulaire et s'étend au-dessus de l'extrémité supérieure du premier élément tubulaire,
depuis cette extrémité supérieure jusqu'à l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut, tandis qutune extrémité supérieure du troisième élément tubulaire est solidaire de l'élément à disque avec disque de type annulaire situé le plus haut. Il ne faut donc en substance aucune place supplémentaire dans le puits et dans la tête du brûleur pour le second canal d'amenée de combustible. En outre, cela permet un déplacement, en substance non influencé par le second canal d'amenée de combustible, du premier canal d'amenée de combustible en vue du réglage de la section transversale effective d'écoulement des interstices d'émission d'air à section transversale d'écoulement modifiable.
De préférence, le premier élément tubulaire, le second élément tubulaire et le troisième élément tubulaire forment ensemble une lance pour porter la tête de brûleur à une extrémité supérieure de la lance. Aucun moyen de support de la tête de brûleur n'est ainsi nécessaire, ce qui permet de simplifier nettement la structure du brûleur selon l'invention.
Pour pouvoir déjà pré-refroidir la chaux calcinée se rassemblant dans la zone d'une extrémité inférieure du four vertical, il est proposé que dans la zone d'une extrémité inférieure de la lance qui est disposée dans la zone d'une extraction de chaux du four vertical, soit prévu un orifice d'air pour l'émission d'air de refroidissement de la chaux.
On obtient une utilisation particulièrement efficace de la chaleur développée suite à la combustion du combustible, lorsque la tête de brûleur est disposée dans la zone d'un
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tiers inférieur d'un puits de four du four vertical.
La présente invention concerne en outre un procédé de calcination de pierre à chaux au moyen du brûleur selon l'invention, le comportement à la combustion d'un brûleur pouvant être modifié en vue de l'adaptation à l'utilisation de différents combustibles, par modification de la section transversale effective d'écoulement d'au moins un interstice d'émission d'air voisin d'un interstice d'émission de combustible.
Les combustibles peuvent par exemple être du gaz naturel, du gaz liquéfié, des effluents gazeux de raffinerie, du fuel de chauffage ou des déchets liquides riches en énergie ou des mélanges de ceux-ci. En outre, on peut utiliser comme combustible solide de la poussière de charbon, de la poussière de coke, du diamide calcique ou des boues de clarification contenant des produits organiques.
Pour améliorer le comportement au transport du combustible lors de son amenée au brûleur, il est proposé qu'une partie des fumées du four soit chauffée de préférence à une température située dans la zone de 50 à 300 C, par refroidissement ou réchauffage, ou soit utilisée comme gaz porteur pour des déchets ou combustibles solides et/ou liquides.
En variante, il est possible de réchauffer de préférence à 50-3000C un gaz inerte ou de l'air, et de l'utiliser comme gaz porteur pour le combustible liquide.
L'invention est ci-dessous expliquée à l'aide des dessins sur base d'exemples de réalisation préférés. Dans ces dessins :
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la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'un four vertical dans lequel est disposé un brûleur selon l'in- vention, et la figure 2 représente une coupe longitudinale à tra- vers une tête de brûleur selon l'invention et à travers un tronçon d'extrémité supé- rieure d'une lance qui porte la tête de brûleur.
La figure 1 présente un four vertical, globalement désigné par 10, pour la calcination de pierre à chaux. Le four vertical comprend un puits de four 12 disposé en substance verticalement, ainsi qu'un brûleur 14 disposé dans un tronçon inférieur du puits du four. Le brûleur 14 comprend un lance 16 ainsi qu'une tête de brûleur 20 portée sur une extrémité supérieure 18 de la lance 16. Dans la zone de son extrémité supérieure 22, le puits de four 12 est ouvert vers le haut et présente ainsi une ouverture 24 pour l'apport de pierre à chaux dans le puits de four 12.
Au voisinage d'une extrémité inférieure 26 du puits de four est prévue une autre ouverture 28 à travers laquelle la chaux calcinée peut être extraite du puits du four.
Par les expressions"au-dessus","en dessous", etc., utilisées dans le présent texte, on veut indiquer que ces expressions concernent l'agencement en général vertical du puits de four 12 du four vertical 10, et qu'elles doivent ainsi toujours être considérées par rapport à un axe longitudinal A du puits du four. Il est évident que pour une orientation correspondante inclinée, et différente de la verticale, du puits du four, chaque composant selon l'invention doit être considéré comme orienté de manière correspondante par rapport à l'axe longitudinal du puits du four.
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En figure 2, la tête de brûleur 20 et un tronçon supérieur de la lance 16, représentés en figure 1, sont représentés à échelle agrandie.
En particulier, ainsi qu'on peut le voir en figure 2, la tête de brûleur 20 comprend une pluralité d'éléments à disque 30 disposés l'un au-dessus de l'autre ou l'un derrière l'autre dans la direction longitudinale de l'axe A. Les éléments à disque 30 sont chacun configurés en forme de disque annulaire et présentent chacun une ouverture centrale de passage 32. Un élément supérieur à disque 34 de fermeture du brûleur ne présente pas une telle ouverture de passage et referme ainsi la tête de brûleur 20 par le haut.
Deux éléments à disque 36,38 successifs dans la direction de l'axe sont reliés solidairement l'un à l'autre dans la zone d'une surface périphérique intérieure de leurs ouvertures de passage, par un élément cylindrique 40. Dans l'élément cylindrique 40 sont prévues un certain nombre d'ouvertures radiales 42, écartées l'une de l'autre dans le sens périphérique, dans lesquelles débouchent chaque fois des tubes de canalisations radiales 44, et qui en cet endroit sont solidaires de l'élément cylindrique 40. Les tubes de canalisations radiales 44 s'étendent en substance radialement vers l'intérieur à partir de l'élément cylindrique 40 et débouchent dans un premier canal d'amenée de combustible 46 qui doit encore être décrit.
A travers le premier canal d'amenée de combustible 46, les tubes de canalisations radiales 44 et les ouvertures radiales 42 de l'élément cylindrique 40, du combustible peut être conduit vers un interstice d'émission de combustible 48 formé entre les éléments à disque 36 et 38.
Ainsi qu'on peut le voir en figure 2, les surfaces périphériques intérieures 49 à 51 de chacun des éléments à disque 38 et y sont inclinées, de telle sorte que ces
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surfaces périphériques intérieures 49,51 inclinées forment ensemble une ouverture se rétrécissant radialement vers l'extérieur, en direction de l'interstice d'émission de combustible 48. L'entonnoir ainsi formé facilite l'introduction du combustible amené par les tubes de canalisations radiales 44 dans l'interstice d'émission de combustible 48.
Dans la direction de l'axe, chaque fois au-dessus de l'élément à disque 36 avec disque de type annulaire et en dessous de l'élément à disque 38 avec disque de type annulaire, sont disposés d'autres éléments à disque 54 et 56 avec disque de type annulaire, qui forment chaque fois un interstice d'émission d'air 58 et 60, respectivement avec l'élément à disque 36 et l'élément à disque 38.
L'élément à disque 56 y est rendu solidaire d'un tube 62 formant une partie de la lance, dans sa zone située radialement à l'extérieur, par exemple par brasage, soudage ou similaire. L'élément à disque 54 est rendu solidaire de l'autre élément à disque 30 disposé au-dessus de lui, chaque fois par des éléments d'écartement 64, tandis qu'entre ces éléments à disque 54 et 30 avec disque de type annulaire, des interstices d'émission d'air 66 à section transversale constante d'écoulement sont chaque fois formés.
Un élément à disque 68 avec disque de type annulaire situé le plus haut dans la direction de l'axe présente une ouverture de passage 70 qui possède un diamètre plus petit que les ouvertures 32 des éléments à disque 30,54, 36,38 et 56 avec disque de type annulaire. Un tube 72 débouche dans l'ouverture de passage 70, le tube 72 étant solidaire de l'élément à disque 68 dans la zone de l'ouverture de passage 70, et il porte donc l'élément à disque 68 et chacun des éléments à disque 30 et 54, ceux-ci par
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l'intermédiaire des éléments d'écartement 64.
En outre, entre l'élément à disque 68 et l'élément à disque 34 de fermeture du brûleur sont prévus des éléments d'écartement, non représentés dans les figures, de sorte que l'élément à disque 34 de fermeture du brûleur est également porté par le tube 72, par l'intermédiaire de l'élément à disque 68.
Le tube 72 forme un second canal d'amenée de combustible 74, qui débouche dans un autre interstice d'émission de combustible 76 formé entre l'élément à disque 68 de fermeture de brûleur et l'élément à disque 34. Le brûleur représenté en figure 2 présente ainsi deux interstices d'émission de combustible 48 et 76.
Le premier canal d'amenée de combustible 46, à travers lequel du combustible est conduit vers le premier interstice d'émission de combustible 48, est formé par un tube 78 à double paroi qui présente une paroi extérieure 80 ainsi qu'une paroi intérieure 82, et est fermé par un élément de fermeture 84 dans la zone de l'extrémité située en haut dans le sens axial. Les éléments à disque 36 et 38, avec disque de type annulaire, formant entre eux le premier interstice d'émission de combustible 48, sont solidaires du tube 78 à double paroi formant le premier canal d'amenée de combustible 46, par l'intermédiaire de l'élément cylindrique 40 et des tubes 44 de canalisations radiales.
En déplaçant le tube 78 à double paroi dans la direction axiale, on peut alors modifier aussi bien la section transversale effective d'écoulement du canal d'émission d'air 58 formé entre l'élément 36 à disque de type annulaire et l'élément 54 à disque de type annulaire, que la section transversale effective d'écoulement de l'interstice d'émission d'air 60 formé entre l'élément à disque 38 avec disque de type annulaire et l'élément 56 à
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disque de type annulaire. En particulier, la section transversale effective d'écoulement de l'interstice d'émission d'air 58 est réduite lors du déplacement du tube 78 axialement vers le haut, et simultanément la section transversale effective d'écoulement du canal d'émission d'air 60 est agrandie de manière correspondante.
On peut ainsi modifier le rapport des débits d'air des écoulements d'air englobant entre eux le combustible sortant de l'interstice d'émission de combustible 48, grâce à quoi on modifie également la caractéristique de combustion du brûleur. On peut ainsi modifier le rapport d'écoulement des écoulements d'air entourant le combustible émis, en particulier lors d'un changement de combustible, par déplacement axial du tube 78 et donc des éléments à disque 36 et 38, pour ainsi garantir des caractéristiques constantes de combustion du brûleur et donc du four vertical.
Pour garantir que de l'air puisse toujours s'écouler hors de l'interstice d'émission d'air 58 disposé au-dessus du premier d'interstice d'émission de combustible 48, il est prévu dans cet interstice d'émission d'air 58 une pluralité d'éléments d'écartement qui forment une butée de déplacement axial pour les éléments à disque 36 et 38.
Pour réaliser le déplacement axial du tube 78, celui-ci peut par exemple être suspendu à un porte-tube 88 qui peut être déplacé axialement par des moyens connus en soi.
Ainsi qu'on peut en outre le voir en figure 2, entre le tube extérieur 62 et la paroi extérieure 80 du tube 78 est formé un canal annulaire 90 par lequel l'air peut être guidé vers l'espace 92 englobé par les éléments à disque 30,54, 36,38 et 56 avec disque de type annulaire. Entre la paroi intérieure 82 du tube 78 et le tube 72 est en
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outre formé un second canal annulaire 94 qui sert de second canal d'amenée d'air 94 pour l'amenée d'air dans l'espace 92.
Deux canaux d'amenée d'air 90,94 sont ainsi prévus, qui débouchent dans l'espace 92 à des hauteurs différentes, décalées l'une de l'autre dans la direction axiale, de sorte que l'air amené à la tête de brûleur 20 est distribué régulièrement dans tout l'espace 92, ce qui entraîne une caractéristique régulière d'émission de l'air hors de chacun des interstices d'émission d'air 66,58 et 60. L'interstice d'émission de combustible 48 formé entre les éléments à disque 36 et 38 avec disque de type annulaire est alors refermé par l'élément cylindrique 40 en direction de l'espace 92, de sorte qu'aucun air ne peut pénétrer dans l'interstice d'émission de combustible 48.
Le fait que l'on prévoie les plans d'écoulement formés par les interstices d'émission d'air et les interstices d'émission de combustible transversalement par rapport à l'axe longitudinal du four vertical entraîne, lors de la combustion du combustible, la combustion typique en cuvette 9, représentée en figure 1, cette cuvette étant constituée en substance des couches d'air 100 et 102 et des couches de combustible 104 et 106. La configuration de cette cuvette de combustion 9 assure une combustion complète et régulière du combustible sur toute la section transversale du four vertical 10, de sorte qu'il ne peut apparaître aucun centre local de surchauffe dans lequel serait calcinée une autre qualité de chaux.
Dans la zone d'une extrémité inférieure 108 de la lance 16 est prévue une sortie d'air 110, pour l'émission d'air de refroidissement de la chaux, qui pré-refroidit déjà la chaux sortant du puits de four 12.
Ainsi qu'on peut le voir en particulier en figure 1, la
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tête de brûleur 20 est disposée sensiblement dans la zone du tiers inférieur de la longueur du puits de four 10, ce qui permet une utilisation optimale de la chaleur développée lors de la combustion du combustible pour la calcination de la pierre à chaux introduite dans l'ouverture 24 du puits de four 12.
Pour un processus optimal de combustion, un rapport défini avec précision des débits de combustible au débit d'air est nécessaire. Dans le brûleur selon l'invention, il est possible d'adapter, chaque fois de manière optimale, les quantités de combustible sortant de la tête du brûleur au rapport air-combustible nécessaire pour un combustible particulier, par sélection du nombre des tubes de canalisations radiales. En particulier, on peut influencer par la sélection du nombre des tubes de canalisations radiales un grand nombre de paramètres, qui comprennent par exemple la totalité du débit de combustible émis, la pression d'alimentation et la vitesse d'émission du combustible, par lesquels il est chaque fois possible d'influencer la caractéristique de combustion du four.
Pour la combustion optimale du vecteur énergétique il s'est avéré opportun que lors de l'utilisation de combustible gazeux le rapport gaz-air de combustion soit situé dans la zone de 1 : 3 à 15.
Pour la calcination de la chaux au moyen du brûleur selon l'invention, il s'est avéré opportun que la proportion entre la largeur d'interstice des interstices d'émission d'air 66 de section transversale d'écoulement constante, la largeur d'interstice de l'interstice d'émission d'air 58 de section transversale d'écoulement variable et la largeur d'interstice de l'interstice d'émission d'air 60 à section transversale variable soit de x : 2,0 x à 0,5 x : 0 à 1,5 x.
Le combustible amené à la tête de brûleur 20 est de préférence distribué de telle sorte que pour sa
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plus grande part, à savoir 60 à 90 % en volume, le combustible soit émis par l'interstice d'émission de combustible 48 relié au premier canal d'amenée de combustible 46 (étage principal) et qu'il soit émis pour 10 à 40 % en volume par l'interstice d'émission de combustible 76 relié au second canal d'amenée de combustible 64 (étage supérieur).
Pour alors pouvoir réaliser une distribution du vecteur énergétique la plus homogène possible et ainsi garantir une calcination régulière de la pierre à chaux, on émet simultanément 25 à 80 % en volume de l'air amené (air en excès I) servant de ce que l'on appelle l'air de distribution, par les interstices d'émission d'air 66 à section transversale d'écoulement constante, 0 à 30 % en volume de l'air étant émis par l'interstice d'émission d'air 60 à section transversale d'écoulement variable (air en excès II), et 20 à 75 % en volume sont émis comme air de refroidissement de la chaux par l'orifice d'air 108 dans la zone de l'extraction de la chaux.
Cette distribution spéciale des rapports d'émission conduit à la"combustion en cuvette"typique déjà mentionnée constituée de combustible et d'air en excès (air en excès I, air en excès II), tandis qu'à chacun des écoulements d'air sont associées des fonctions spécifiques.
Pour le brûleur selon l'invention, on peut utiliser différents matériaux comme combustible. Ces matériaux comprennent par exemple, du gaz naturel, du gaz liquéfié, des effluents gazeux de raffinerie, du fuel de chauffage ou des résidus liquides riches en énergie, ou des mélanges de ces combustibles. Les effluents gazeux de raffinerie peuvent par exemple comprendre le méthane, l'éthane, le propane, le butane et le monoxyde de carbone, chaque fois seuls ou en mélange.
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Le fuel de chauffage peut par exemple être du fuel lourd, du fuel mi-lourd, du fuel léger ou des huiles de récupération. En particulier, l'utilisation d'huiles de récupération pour un four vertical équipé du brûleur selon l'invention offre l'avantage de permettre de brûler des huiles de récupération qui autrement sont difficiles à éliminer, ce qui est avantageux lorsque l'on tient compte des problèmes d'environnement qui se posent avec les matériaux de récupération.
Le brûleur selon l'invention peut cependant également être utilisé pour des combustibles solides. De tels combustibles solides comprennent par exemple, la poussière de charbon, la poussière de coke, le diamide calcique ou des boues de clarification comprenant des produits organiques.
A cet égard, on mettra à nouveau en avant le concept écologique qui se manifeste par une valorisation de tels déchets en vue d'une récupération d'énergie.
En particulier lors de l'utilisation de combustibles liquides, comme par exemple du fuel lourd ou mi-lourd ou des boues contenant des produits organiques, il est avantageux d'émettre 5 à 30 % de l'air de combustion par l'interstice d'émission d'air 60 à section transversale d'écoulement modifiable, qui est disposé immédiatement en dessous de l'interstice d'émission de combustible 48.
L'émission de cet air de combustion appelé air en excès II hors de l'interstice d'émission d'air 48 a pour conséquence que des gouttes de combustible liquides, en particulier de combustible de viscosité élevée, qui peuvent se rassembler sur le bord extérieur de l'élément à disque 38, sont à cet endroit empêchées de s'égoutter vers le bas, et sont plutôt entraînées par le courant d'air sortant de l'interstice d'émission d'air 48 et ainsi amenées à la combustion.
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Lors de l'utilisation de combustibles liquides pour la calcination de la chaux au moyen du brûleur selon l'invention, il s'est avéré opportun de mélanger un gaz porteur au combustible liquide, en vue de son amenée à travers chacun des canaux d'amenée de combustible.
Une partie des fumées de four sortant de l'ouverture 24 du four vertical 10 peut alors être chauffée à une température de 50 à 3000C par refroidissement ou réchauffage, et être utilisée comme gaz porteur pour le combustible liquide. A cet effet, après filtration des fumées dont la température est réglée, par exemple par projection d'eau,
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de telle sorte qu'environ 3 à 15 % en volume des fumées soient refroidis à des températures inférieures à 300 C, et le combustible liquide est transporté à travers la lance par ces fumées refroidies, jusqu'à la tête du brûleur. Le transport du combustible liquide peut également être amélioré en réchauffant un gaz inerte ou de l'air à 50-300 C et en utilisant alors ceux-ci comme gaz porteur pour le combustible.
Lors de l'utilisation de gaz liquéfié comme combustible, il est avantageux d'amener à celui-ci des fumées récupérées ou un gaz inerte, pour sa vaporisation et son transport. La quantité de fumée ou de gaz inerte amenée est alors avantageusement dans la plage de 0,3 à 3 Nm3 par kilogramme de gaz liquide. 3 à 15 Nm3 d'air sont alors émis par les interstices d'émission d'air 66 et l'interstice d'émission d'air 58, à titre de ce que l'on appelle l'air de combustion (air en excès).
Même lors de l'utilisation d'huile, par exemple sous la forme de fuel thermique ou d'huiles de récupération, il s'est avéré opportun d'utiliser par kg d'huile 0, 3 à 3 Nm3 de fumée, pour la dispersion et le réchauffage de l'huile,
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et de 3 à 15 Nm3 d'air de combustion. L'huile devrait alors être préchauffée à des températures de 80 à 2000C.
Le choix soigneux et le maintien précis de chaque rapport de mélange entre le combustible et les fumées permettent alors toujours une distribution voulue et homogène du combustible, de sorte que l'on garantit une combustion régulière du combustible, tandis que l'utilisation des fumées de four épurées contribue à une réduction considérable des coûts de réchauffage d'autres gaz qui sont alors utilisés comme gaz porteurs.
Dans le brûleur selon l'invention, il est en outre possible de modifier les vitesses d'écoulement. Cela est réalisé de préférence dans une zone inférieure de la lance, par un moyen connu en soi, par exemple des clapets de contrôle ou similaire. La vitesse d'écoulement du combustible dans la lance est située dans la plage de 2 à 40 m/sec, tandis que la vitesse d'écoulement du combustible dans les tubes de canalisations radiales peut être identique à la vitesse d'écoulement dans la lance, ou n'être que peu supérieure à celle-ci. La vitesse d'écoulement de l'air de combustion dans la tête de combustion vaut alors de préférence de 10 à 30 m/sec.
Ainsi qu'on l'a décrit précédemment, le brûleur selon l'invention permet l'utilisation d'un grand nombre de combustibles différents, et en particulier aussi l'utilisation de combustibles récupérés à partir de déchets, ou de déchets, directement comme combustibles. En modifiant les rapports d'écoulement dans la tête de brûleur, on peut lors de l'utilisation de différents combustibles assurer un comportement régulier à la combustion du four vertical, de sorte que même lors de l'utilisation de différents combustibles on peut obtenir une chaux calcinée de qualité
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égale.
Le brûleur selon l'invention n'est cependant pas limité à l'utilisation pour des fours verticaux d'une taille déterminée de four, et peut également être utilisé dans des fours verticaux dont le diamètre est situé dans la plage de deux à quatre mètres ou davantage.
Le fait de prévoir les différents canaux d'amenée d'air et de combustible en substance imbriqués les uns dans les autres vers chacun des interstices individuels d'émission d'air et de combustible permet une distribution régulière de l'air de combustion et du combustible dans la tête du brûleur, ce qui, avec la distribution régulière du combustible et de l'air sur toute la section transversale du four obtenue par l'émission radiale, contribue à l'obtention d'une qualité constante de chaux. Quelques exemples de paramètres d'exploitation ont été repris cidessous en forme de tableau, tels qu'ils ont été obtenus ou se sont avérés opportuns lors de l'utilisation des différents combustibles.
Ce n'est pas uniquement avec la calcination de pierre à chaux, reprise ci-dessus, que l'utilisation de différents combustibles pose le problème des différences de caractéristiques de combustion de brûleur ou des fours équipés de ces brûleurs. On utilise également, par exemple suivant leur disponibilité, différents combustibles dans un grand nombre d'autres procédés de combustion. Le brûleur selon l'invention peut dès lors également trouver une utilisation pour d'autres procédés ou opérations de combustion, et à cette occasion les avantages ci-dessus mentionnés du brûleur selon l'invention conduisent à un comportement constant à la combustion du four et donc à une qualité élevée du matériau traité.
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Exemples Exemple numéro 1 2 3 4 5 Type de combustible Fuel de chauffage Lourd Mi-lourd Léger Gaz Gaz (huile de liquéfié naturel récupérati on) Débit du combustible (kg/h) : Sortie par plan supérieur 82 91 86 96 85 ouverture annulaire 432 515 489 440 385 Température combustible ( C) 155 130 85 40 30 Débit d'air en excès 1 (Nm/h) 3050 4300 5251 5100 5700 (air de distribution) - vitesse (m/s) Débit d'air en excès 2 (Nm3/h) 17 20 18 16 22 - vitesse (m/s) 1200 800 0 0 0 Débit d'air de refroidissement 17 20 0 0 0 de chaux (Nm3/h) 2500 3300 3266 3200 2600 Débit de pierre à chaux (humide) (t/j) 200,8 264,4 250,8 247,4 241,4 Capacité du four (t/j Cao) 116,4 151,2 143,4 142,0 135,5 Consommation thermique (kJ/kg 4263 4102 4114 4142 4100 de chaux calcinée)
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Description Burner, in particular for calcining limestone.
The invention relates to a burner, in particular for a vertical calcination oven for limestone.
German patent document DE-36 42 163 discloses a lime manufacturing process as well as a vertical oven for carrying out the process. The vertical oven published in this patent document comprises an oven well in which a fuel and air supply lance is arranged in a lower part and extends vertically, essentially in a longitudinal direction of the oven well. In particular, gaseous fuel is supplied via this lance, and then burns with the oxygen of the air supplied by the lance. The heat developed on this occasion is used for the calcination of the limestone brought from above into the oven well.
However, to be able to also use solid fuels, in this known vertical furnace, solid fuel must be mixed with the limestone brought from above into the well of the furnace. The problem then arises that the distribution of solid fuel through the cross section of the furnace cannot be established in a definite manner, which can locally cause an excessive or insufficient supply of solid fuel into the furnace shaft, and consequently locally different developments
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heat rents in the flame zone. As a result, the limestone brought in from above and falling through the flames is not regularly calcined, which reduces the quality of the calcined lime obtained.
Furthermore, document DE-OS 27 10 205 describes the use as a fuel for the calcination of limestone, on the one hand, a gas released from a pyrolysis of refuse, the heat capacity of which is not constant, and the metered addition to this gas of a fuel of constant calorific capacity in correspondence with a reduction or with an increase in the calorific value of the gas developed by the pyrolysis of refuse. Variations in the calorific value of the gas must therefore be compensated for.
This however requires costly control of the quantities of fuel with constant calorific value supplied and, in particular during variations in the calorific value of the gas developed by the pyrolysis of refuse, this results in a slowing down of the control, because of the control of the quantities of fuel with constant calorific value as a function of the calorific value of the gas developed by the pyrolysis of garbage. This has the consequence that in the lime kiln proposed in DE-OS 27 10 205, variations in the calcination characteristics may still appear.
DE-OS 28 30 125 describes a limestone calcination process, in which pyrolyzable waste is brought into combustion chambers of a vertical oven, the gases appearing during decomposition being brought into the combustion zone where they are burned. In this process there is also the problem that due to differences in the decomposition characteristics of the waste, the combustion characteristic of the furnace cannot be kept constant, which again poses the
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problem that the limestone brought into the oven is calcined irregularly.
On the other hand, the object of the present invention is to provide a burner, in particular for a vertical limestone calcination oven, which even when using different fuels have a regular calcination characteristic. According to the invention, this object is achieved in that the burner comprises a burner head comprising a plurality of flow interstices arranged substantially one above the other in the direction of a longitudinal axis of the vertical oven, for the radial flow of air or fuel, while at least two air flow interstices and at least one fuel flow interstice disposed between these two air flow interstices are planned,
the effective cross-section of flow of at least one of the two air outlet interstices immediately adjacent to the at least expected fuel outlet interstice can be modified.
By modifying the effective flow cross-section of at least one of the two air outlet interstices, the ratio between the outgoing air and the outgoing fuel can be regulated so that, when different fuels are used , the combustion characteristic of the furnace equipped with the burner according to the invention always remains constant, and that therefore the quality of the calcined lime in the vertical furnace remains unchanged. To allow regular combustion of the fuel through the entire cross section of the furnace, and therefore to maintain the same quality of calcined lime over the entire cross section of the furnace, it is proposed that the outlet interstices be configured as interstices annulars extending in the direction of the
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circumference surrounding the burner head.
The fuel and the air thus flow radially out of the outlet interstices, in planes each arranged above each other, and thus cause regular combustion of the fuel.
The outlet gaps can be produced in a particularly simple manner when the burner head comprises a plurality of disc elements arranged in substance one above the other at a determined distance from one another in the direction of the longitudinal axis of the vertical oven, which each time form the outlet interstices. Such disc elements are easy and inexpensive to manufacture and assemble, so that the overall manufacturing costs of the burner according to the invention are low.
In order to be able, during a fuel change, to simply adapt the outgoing air flow to the modified fuel, and therefore to keep the combustion characteristic of the oven constant, it is proposed that the effective cross-sections of flow of the two interstices air emission immediately adjacent to the at least planned fuel emission gap can be changed so that when the effective flow cross section of one of the two emission gaps increases With air, the effective flow cross section of the other air emission gap decreases correspondingly. It is thus possible, in particular for a constant air flow, to control in a simple manner the combustion characteristic of the furnace, by modifying the flow of the stream of fuel emitted.
For this purpose, it is proposed that the cross section
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effective flow of the air emission interstices immediately adjacent to the at least foreseen fuel emission interstice can be modified by axial displacement of the disc elements forming between them the at least foreseen fuel emission interstice .
To provide a minimum flow rate of the air which is emitted out of the air emission interstice provided above the at least expected fuel emission interstice, it is proposed that in the interstice of air emission disposed above the at least planned fuel emission gap, at least one spacer is provided to constitute an axial displacement stop for the disc elements enclosing the gap between them fuel emission at least expected.
When the disc elements are configured as annular discs with central passage openings, and a burner closing disc element without passage opening is provided above the disc element with annular disc type located higher, the space formed by the disc elements with annular disc and surrounded by the disc elements with disc of annular type is in communication with at least one air supply channel for the air supply towards each of the air emission interstices, and when the disc elements enclosing between them the at least provided fuel emission interstice are made integral with one another by a cylindrical element in the vicinity of a inner peripheral surface of their passage openings,
a space is created in a simple manner through which air is supplied to each of the air emission interstices, while by providing the cylindrical element, the at least expected fuel emission interstice is separated from this space, so that none
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air cannot exit through this last gap. It is therefore not necessary to provide separate supply lines or the like for each of the air emission interstices.
In order to be able to conduct the fuel to the at least planned fuel emission gap, it is proposed that a plurality of radial openings are provided in the cylindrical element spaced from one another in the direction of the circumference and open in the direction of the at least planned fuel emission gap, the radial openings being, for the supply of fuel to at least one fuel gap, each connected to a first fuel supply channel by radial lines extending substantially radially inward from the cylindrical member.
Radial narrowing in the area of the radial opening creates a funneling effect for the fuel fed through the radial line tubes to the at least expected fuel gap.
In a simple manner, and without the use of additional components, a radial narrowing of the radial openings can be formed by oblique sections located each time on the inner peripheral surfaces of the disc elements enclosing between them the fuel emission gap at the less expected.
To ensure a regular emission characteristic at the fuel head over the entire periphery of the at least planned fuel emission gap, it is proposed that the number of radial openings comprising each of the radial pipe tubes be located in the range of four to twenty.
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The first fuel supply channel can be formed by a first tubular element extending substantially in the direction of the longitudinal axis of the vertical furnace, the radial pipe tubes opening into the first tubular element in the region of a upper end thereof and being integral therewith.
The disc elements enclosing between them the at least planned fuel emission channel and comprising the cylindrical element are thus carried by the first tubular element, by means of the radial pipes, so that no provision has to be made no other means of support or support for these disc elements.
It is thus possible to regulate in a simple manner the effective cross-section of flow of the air emission interstices immediately adjacent to the at least foreseen fuel emission interstice, by displacement of the first tubular element, and therefore of the elements disc forming the fuel emission gap at least provided, in the direction of the longitudinal axis of the vertical oven.
The air supply channel, for supplying air to the space enclosed by the disc elements with annular disc type, is preferably formed by a second tubular element which substantially concentrically surrounds the first element tubular. A first annular channel is thus formed between the first tubular element and the second tubular element, by which air can be supplied to each of the air emission interstices.
This is particularly advantageous when the air supplied to the air emission interstices is already preheated and thus also preheats the fuel by flowing around the first fuel supply channel.
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To ensure sufficient air flow for the combustion of the fuel, it is proposed that above, in the axial direction, the air emission interstice disposed above the air emission interstice fuel at least provided, at least one other air emission gap is formed by at least one other disc element with annular disc type.
Another fuel emission gap, in the region of the end located axially at the top of the fuel head, can simply be provided in that the disk element with disc of annular type located at the highest in the axial direction, has a smaller diameter passage opening into which a second fuel supply channel opens, while between the disc element with disc of annular type located at the top and the disc element closing the burner is formed another fuel emission gap, for a radial emission of fuel. Two fuel emission plans are thus provided in the oven shaft, which makes it possible to further improve the combustion capacity and the combustion behavior of the vertical oven.
It is then proposed that the first tubular element be configured with a double wall, with an outer wall and an inner wall disposed substantially concentrically with respect to the outer wall, the first fuel supply channel being constituted by a second annular channel formed between the outer wall and the inner wall, closed in the region of the upper end of the first tubular element, and that in a space enclosed by the inner wall, a third tubular element serving as a second fuel supply channel is arranged in substance coaxially by
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relative to the first tubular element and extends above the upper end of the first tubular element,
from this upper end to the disc element with disc of the annular type located higher, while an upper end of the third tubular element is integral with the disc member with disc of annular type located higher. In essence, therefore, no additional space is required in the well and in the burner head for the second fuel supply channel. In addition, this allows a displacement, in substance not influenced by the second fuel supply channel, of the first fuel supply channel with a view to adjusting the effective flow cross section of the air emission interstices. with modifiable flow cross section.
Preferably, the first tubular element, the second tubular element and the third tubular element together form a lance for carrying the burner head at an upper end of the lance. No means for supporting the burner head is thus necessary, which allows the structure of the burner according to the invention to be simplified considerably.
To already be able to pre-cool the calcined lime collecting in the area of a lower end of the vertical kiln, it is proposed that in the area of a lower end of the lance which is arranged in the area of a lime extraction from the vertical oven, an air orifice for the emission of lime cooling air is provided.
A particularly efficient use of the heat developed following the combustion of the fuel is obtained, when the burner head is placed in the area of a
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lower third of an oven shaft of the vertical oven.
The present invention further relates to a method of calcining limestone using the burner according to the invention, the combustion behavior of a burner being able to be modified with a view to adapting to the use of different fuels, by modification of the effective flow cross-section of at least one air emission interstice adjacent to a fuel emission interstice.
The fuels may for example be natural gas, liquefied gas, refinery gas effluents, heating fuel or energy-rich liquid waste or mixtures thereof. In addition, coal dust, coke dust, calcium diamide or clarification sludges containing organic products can be used as solid fuel.
To improve the transport behavior of the fuel when it is brought to the burner, it is proposed that part of the fumes from the oven is preferably heated to a temperature located in the region of 50 to 300 ° C., by cooling or reheating, or either used as carrier gas for solid and / or liquid waste or fuel.
Alternatively, it is possible to preferably heat an inert gas or air to 50-3000C and use it as a carrier gas for the liquid fuel.
The invention is explained below using the drawings on the basis of preferred embodiments. In these drawings:
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FIG. 1 represents a schematic view in longitudinal section of a vertical oven in which a burner according to the invention is arranged, and FIG. 2 represents a longitudinal section through a burner head according to the invention and through an upper end section of a lance which carries the burner head.
Figure 1 shows a vertical oven, generally designated by 10, for the calcination of limestone. The vertical oven comprises an oven well 12 arranged substantially vertically, as well as a burner 14 arranged in a lower section of the oven well. The burner 14 comprises a lance 16 as well as a burner head 20 carried on an upper end 18 of the lance 16. In the region of its upper end 22, the oven shaft 12 is open upwards and thus has an opening 24 for adding limestone to the oven shaft 12.
In the vicinity of a lower end 26 of the oven well is provided another opening 28 through which the calcined lime can be extracted from the oven well.
By the expressions "above", "below", etc., used in the present text, it is meant to indicate that these expressions relate to the generally vertical arrangement of the oven shaft 12 of the vertical oven 10, and that they must therefore always be considered in relation to a longitudinal axis A of the oven shaft. It is obvious that for a corresponding inclined orientation, different from the vertical, of the oven well, each component according to the invention must be considered to be oriented in a corresponding manner with respect to the longitudinal axis of the oven well.
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In Figure 2, the burner head 20 and an upper section of the lance 16, shown in Figure 1, are shown on an enlarged scale.
In particular, as can be seen in FIG. 2, the burner head 20 comprises a plurality of disc elements 30 arranged one above the other or one behind the other in the direction longitudinal of axis A. The disc elements 30 are each configured as an annular disc and each have a central opening for passage 32. An upper disc member 34 for closing the burner does not have such a passage opening and closes thus the burner head 20 from above.
Two successive disc elements 36, 38 in the direction of the axis are integrally connected to one another in the region of an inner peripheral surface of their passage openings, by a cylindrical element 40. In the element cylindrical 40 are provided a number of radial openings 42, spaced from one another in the peripheral direction, into which each time open radial duct tubes 44, and which in this place are integral with the cylindrical element 40. The radial pipe tubes 44 extend substantially radially inwards from the cylindrical element 40 and open into a first fuel supply channel 46 which must still be described.
Through the first fuel supply channel 46, the radial pipe tubes 44 and the radial openings 42 of the cylindrical element 40, fuel can be led to a fuel emission gap 48 formed between the disc elements 36 and 38.
As can be seen in FIG. 2, the inner peripheral surfaces 49 to 51 of each of the disc elements 38 and are inclined therein, so that these
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inclined interior peripheral surfaces 49, 51 together form an opening that tapers radially outward, in the direction of the fuel emission gap 48. The funnel thus formed facilitates the introduction of the fuel supplied by the radial pipe tubes 44 in the fuel emission gap 48.
In the direction of the axis, each time above the disc element 36 with annular type disc and below the disc element 38 with annular type disc, are arranged other disc elements 54 and 56 with annular type disc, which each form an air emission gap 58 and 60, respectively with the disc element 36 and the disc element 38.
The disc element 56 is made integral therewith with a tube 62 forming a part of the lance, in its zone situated radially outside, for example by soldering, welding or the like. The disc element 54 is made integral with the other disc element 30 disposed above it, each time by spacer elements 64, while between these disc elements 54 and 30 with annular disc type , air emission interstices 66 with constant cross-section of flow are formed each time.
A disc member 68 with annular type disc located highest in the direction of the axis has a passage opening 70 which has a smaller diameter than the openings 32 of the disc members 30,54, 36,38 and 56 with ring type disc. A tube 72 opens into the passage opening 70, the tube 72 being integral with the disc element 68 in the region of the passage opening 70, and it therefore carries the disc element 68 and each of the elements to disc 30 and 54, these by
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through the spacer elements 64.
In addition, between the disc element 68 and the disc element 34 for closing the burner, spacers are provided, not shown in the figures, so that the disc element 34 for closing the burner is also carried by the tube 72, via the disc element 68.
The tube 72 forms a second fuel supply channel 74, which opens into another fuel emission gap 76 formed between the disc element 68 for closing the burner and the disc element 34. The burner shown in FIG. 2 thus presents two fuel emission gaps 48 and 76.
The first fuel supply channel 46, through which fuel is led to the first fuel emission gap 48, is formed by a double-walled tube 78 which has an outer wall 80 as well as an inner wall 82 , and is closed by a closing element 84 in the region of the end situated at the top in the axial direction. The disc elements 36 and 38, with annular type disc, forming between them the first fuel emission gap 48, are integral with the double-walled tube 78 forming the first fuel supply channel 46, via of the cylindrical element 40 and the tubes 44 of radial pipes.
By moving the double-walled tube 78 in the axial direction, it is then possible to modify both the effective cross-section of flow of the air emission channel 58 formed between the element 36 of annular disc type and the element 54 with annular type disc, that the effective cross-section of flow of the air emission gap 60 formed between the disc element 38 with annular type disc and the element 56 with
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annular disc. In particular, the effective flow cross section of the air emission gap 58 is reduced when the tube 78 is moved axially upward, and simultaneously the effective flow cross section of the emission channel air 60 is enlarged accordingly.
It is thus possible to modify the ratio of the air flows of the air flows including between them the fuel leaving the fuel emission gap 48, whereby the combustion characteristic of the burner is also modified. It is thus possible to modify the flow ratio of the air flows surrounding the fuel emitted, in particular during a fuel change, by axial displacement of the tube 78 and therefore of the disc elements 36 and 38, so as to guarantee characteristics. combustion constants of the burner and therefore of the vertical oven.
To ensure that air can always flow out of the air emission gap 58 disposed above the first fuel emission gap 48, there is provided in this emission gap air 58 a plurality of spacers which form an axial displacement stop for the disc elements 36 and 38.
To achieve the axial displacement of the tube 78, it can for example be suspended from a tube holder 88 which can be moved axially by means known per se.
As can also be seen in Figure 2, between the outer tube 62 and the outer wall 80 of the tube 78 is formed an annular channel 90 through which air can be guided to the space 92 encompassed by the elements to disc 30.54, 36.38 and 56 with annular type disc. Between the inner wall 82 of the tube 78 and the tube 72 is in
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further formed a second annular channel 94 which serves as a second air supply channel 94 for the supply of air into the space 92.
Two air supply channels 90, 94 are thus provided, which open into space 92 at different heights, offset from each other in the axial direction, so that the air supplied to the head burner 20 is distributed regularly throughout the space 92, which results in a regular characteristic of air emission out of each of the air emission interstices 66, 58 and 60. The emission interstice of fuel 48 formed between the disc elements 36 and 38 with annular type disc is then closed by the cylindrical element 40 in the direction of the space 92, so that no air can penetrate into the emission gap of fuel 48.
The fact that provision is made for the flow planes formed by the air emission interstices and the fuel emission interstices transversely to the longitudinal axis of the vertical furnace causes, during the combustion of the fuel, typical combustion in a bowl 9, represented in FIG. 1, this bowl being made up in substance of the layers of air 100 and 102 and the layers of fuel 104 and 106. The configuration of this combustion bowl 9 ensures complete and regular combustion of the fuel over the entire cross section of the vertical furnace 10, so that no local center of overheating can appear in which another quality of lime would be calcined.
In the region of a lower end 108 of the lance 16 is provided an air outlet 110, for the emission of air for cooling the lime, which already pre-cools the lime leaving the oven shaft 12.
As can be seen in particular in Figure 1, the
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burner head 20 is arranged substantially in the region of the lower third of the length of the oven shaft 10, which allows optimal use of the heat developed during the combustion of the fuel for the calcination of the limestone introduced into the opening 24 of the oven well 12.
For an optimal combustion process, a precisely defined ratio of fuel flows to air flow is required. In the burner according to the invention, it is possible to adapt, each time optimally, the quantities of fuel leaving the burner head to the air-fuel ratio required for a particular fuel, by selection of the number of pipe tubes. radial. In particular, a large number of parameters can be influenced by the selection of the number of radial pipe tubes, which include for example the totality of the flow of fuel emitted, the supply pressure and the speed of emission of the fuel, by which each time it is possible to influence the combustion characteristic of the oven.
For optimal combustion of the energy carrier, it has been found expedient that when using gaseous fuel the gas-to-combustion air ratio is in the region of 1: 3 to 15.
For the calcination of lime by means of the burner according to the invention, it has been found expedient that the proportion between the interstice width of the air emission interstices 66 of constant flow cross section, the width d the interstice of the air emitting interstice 58 of variable flow cross section and the interstice width of the air emitting interstice 60 of variable cross section is x: 2.0 x to 0.5 x: 0 to 1.5 x.
The fuel supplied to the burner head 20 is preferably distributed so that for its
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greater part, namely 60 to 90% by volume, the fuel is emitted by the fuel emission gap 48 connected to the first fuel supply channel 46 (main stage) and that it is emitted for 10 to 40% by volume via the fuel emission gap 76 connected to the second fuel supply channel 64 (upper stage).
So as to be able to achieve the most homogeneous distribution of the energy vector possible and thus guarantee a regular calcination of the limestone, 25 to 80% by volume of the supplied air is simultaneously emitted (excess air I) serving as that l '' the distribution air is called, by the air emission interstices 66 with constant flow cross section, 0 to 30% by volume of the air being emitted by the air emission interstice 60 with variable flow cross-section (excess air II), and 20 to 75% by volume are emitted as lime cooling air through the air port 108 in the lime extraction zone.
This special distribution of emission reports leads to the aforementioned typical "bowl combustion" consisting of fuel and excess air (excess air I, excess air II), while at each of the air flows are associated with specific functions.
For the burner according to the invention, different materials can be used as fuel. These materials include, for example, natural gas, liquefied gas, refinery gaseous effluents, heating fuel or energy rich liquid residues, or mixtures of these fuels. The refinery gaseous effluents can for example include methane, ethane, propane, butane and carbon monoxide, each alone or as a mixture.
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The heating fuel can for example be heavy fuel oil, medium-heavy fuel oil, light fuel oil or recovery oils. In particular, the use of recovery oils for a vertical oven equipped with the burner according to the invention offers the advantage of making it possible to burn recovery oils which are otherwise difficult to remove, which is advantageous when held account for the environmental problems that arise with recycled materials.
The burner according to the invention can however also be used for solid fuels. Such solid fuels include, for example, coal dust, coke dust, calcium diamide or clarification sludge comprising organic products.
In this regard, we will once again put forward the ecological concept which manifests itself in the recovery of such waste for energy recovery.
In particular when using liquid fuels, such as heavy or medium-heavy fuel oil or sludges containing organic products, it is advantageous to emit 5 to 30% of the combustion air through the gap d air emission 60 with a modifiable cross-section of flow, which is arranged immediately below the fuel emission gap 48.
The emission of this combustion air called excess air II out of the air emission gap 48 has the consequence that drops of liquid fuel, in particular fuel of high viscosity, which can collect on the edge outside of the disc member 38, are at this location prevented from dripping down, and are rather entrained by the air stream leaving the air emission gap 48 and thus led to combustion .
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When using liquid fuels for the calcination of lime by means of the burner according to the invention, it has been found expedient to mix a carrier gas with the liquid fuel, with a view to bringing it through each of the fuel supply.
Part of the oven fumes leaving the opening 24 of the vertical oven 10 can then be heated to a temperature of 50 to 3000C by cooling or heating, and be used as carrier gas for the liquid fuel. To this end, after filtration of the fumes whose temperature is adjusted, for example by spraying water,
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so that approximately 3 to 15% by volume of the flue gases are cooled to temperatures below 300 C, and the liquid fuel is transported through the lance by these cooled fumes to the head of the burner. The transport of liquid fuel can also be improved by heating an inert gas or air to 50-300 C and then using these as carrier gas for the fuel.
When using liquefied gas as fuel, it is advantageous to bring recovered smoke or an inert gas to it for its vaporization and transport. The amount of smoke or inert gas supplied is then advantageously in the range of 0.3 to 3 Nm3 per kilogram of liquid gas. 3 to 15 Nm3 of air are then emitted by the air emission interstices 66 and the air emission interstice 58, as what is called combustion air (excess air ).
Even when using oil, for example in the form of thermal fuel or recovery oils, it has been found expedient to use per kg of oil 0.3 to 3 Nm3 of smoke, for the dispersion and heating of the oil,
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and from 3 to 15 Nm3 of combustion air. The oil should then be preheated to temperatures of 80 to 2000C.
The careful choice and precise maintenance of each mixture ratio between the fuel and the fumes then always allows a desired and homogeneous distribution of the fuel, so that regular combustion of the fuel is guaranteed, while the use of Clean furnaces contribute to a considerable reduction in the costs of reheating other gases which are then used as carrier gases.
In the burner according to the invention, it is also possible to modify the flow rates. This is preferably done in a lower area of the lance, by means known per se, for example control valves or the like. The fuel flow speed in the lance is in the range of 2 to 40 m / sec, while the fuel flow speed in the radial pipes can be the same as the flow speed in the lance , or be little more than this. The flow rate of the combustion air in the combustion head is then preferably 10 to 30 m / sec.
As described above, the burner according to the invention allows the use of a large number of different fuels, and in particular also the use of fuels recovered from waste, or waste, directly as combustibles. By modifying the flow ratios in the burner head, it is possible when using different fuels to ensure a regular behavior in the combustion of the vertical furnace, so that even when using different fuels one can obtain a quality calcined lime
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equal.
The burner according to the invention is however not limited to the use for vertical ovens of a determined size of oven, and can also be used in vertical ovens whose diameter is situated in the range of two to four meters. or more.
The fact of providing the different air and fuel supply channels which are substantially nested one inside the other towards each of the individual air and fuel emission interstices allows regular distribution of the combustion air and of the fuel in the burner head, which, with the regular distribution of fuel and air over the entire cross section of the furnace obtained by the radial emission, contributes to obtaining a constant quality of lime. Some examples of operating parameters have been given below in the form of a table, as they were obtained or proved to be appropriate when using the different fuels.
It is not only with limestone calcination, mentioned above, that the use of different fuels poses the problem of differences in burner combustion characteristics or in ovens equipped with these burners. Different fuels are also used, for example depending on their availability, in a large number of other combustion processes. The burner according to the invention can therefore also find use for other combustion processes or operations, and on this occasion the above-mentioned advantages of the burner according to the invention lead to a constant behavior on combustion of the furnace and therefore to a high quality of the treated material.
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Examples Example number 1 2 3 4 5 Type of fuel Heating fuel Heavy Medium-heavy Light Gas Gas (natural liquefied oil recovery) Fuel flow rate (kg / h): Exit by upper plane 82 91 86 96 85 annular opening 432 515 489 440 385 Fuel temperature (C) 155 130 85 40 30 Excess air flow 1 (Nm / h) 3050 4300 5251 5100 5700 (supply air) - speed (m / s) Excess air flow 2 (Nm3 / h) 17 20 18 16 22 - speed (m / s) 1200 800 0 0 0 Cooling air flow 17 20 0 0 0 lime (Nm3 / h) 2500 3300 3266 3200 2600 Limestone flow (wet) (t / d) 200.8 264.4 250.8 247.4 241.4 Oven capacity (t / d Cao) 116.4 151.2 143.4 142.0 135.5 Thermal consumption ( kJ / kg 4263 4102 4114 4142 4100 calcined lime)