EP0619458A1

EP0619458A1 - Rotary furnace burner using finely granulated solid fuel

Info

Publication number: EP0619458A1
Application number: EP94104049A
Authority: EP
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Filges
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2014-03-16
Also published as: DK0619458T3; DE4311457A1; DE59405746D1; EP0619458B1

Abstract

To provide a rotary furnace burner using solid fuels such as finely granulated coal dust, having a coal dust annular-gap nozzle (12) which is wear-resistant and guarantees a long service life of the burner, it is proposed according to the invention that the solid-fuel duct (10) has in the region of its annular-gap nozzle (12) which lets out the solid-fuel/transporting-air suspension, on at least one of the boundary walls of the annular-gap nozzle, a wear protection consisting of an inherently rigid sleeve-like ceramic body (21) which is detachably and exchangably fixed on a metallic carrying body (22) via an interposed flexible ceramic-fibre layer (23).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Kanal zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff (Kohlenstaub) und mit wenigstens einem konzentrisch dazu angeordneten weiteren Kanal, aus dessen Austrittsdüsen Primärluft mit erhöhter Geschwindigkeit austritt.The invention relates to a burner for a rotary kiln, with an annularly arranged channel for the pneumatic transport of fine-grained solid fuel (coal dust) and with at least one concentrically arranged further channel, from whose outlet nozzles primary air emerges at an increased speed.

Drehofenbrenner dieser Art sind meist als sogenannte Dreikanalbrenner ausgebildet (DE-PS 30 27 587 Fig. 5 und 6), d. h. durch den mittleren Brennerkanal strömt der pneumatisch transportierte Kohlenstaub und er tritt durch eine Ringspaltdüse aus, wobei der ausströmende Kohlenstaub von radial innerer als auch von radial äußerer Primärluft umgeben ist. Beim bekannten Kohlenstaubbrenner wird die radial äußere Primärluft mittels einer Vielzahl einzelner düsenartiger Ausströmöffnung in viele einzelne Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen unterteilt, die in ihrer Umgebung ein Unterdruckgebiet erzeugen, d. h. die vielen Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen dienen als Treibstrahlen nach dem Injektorprinzip, durch welches die große Masse der den Drehofenbrenner umgebenden, praktisch ruhenden heißen Sekundärluft von ca. 800 _°C nach innen in Richtung zum Kern der Brennerflamme eingesaugt wird, wo eine intensive Durchmischung der heißen Sekundärluft mit dem durch die Ringspaltdüse austretenden Kohlenstaub stattfindet, der auf diese Weise schnell und vollständig unter Ausbildung einer kurzen heißen Flamme verbrennt, wie sie in der Sinterzone eines Drehrohrofens zur Sinterung des kalzinierten Zementrohmehles zu Zementklinker erforderlich ist. Auf diese Weise gelingt es, mit möglichst wenig kalter Primärluft (z. B. ca. 5 Vol.-%) möglichst viel heiße Sekundärluft (z. B. ca. 95 Vol.-%) in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzusaugen.Rotary kiln burners of this type are usually designed as so-called three-channel burners (DE-PS 30 27 587 Fig. 5 and 6), that is, the pneumatically transported coal dust flows through the central burner channel and it exits through an annular gap nozzle, the outflowing coal dust from radially inside as well is surrounded by radially outer primary air. In the known coal dust burner, the radially outer primary air is divided by means of a multiplicity of individual nozzle-like outflow openings into many individual high-speed primary air jets which create a negative pressure area in their environment, i.e. the many high-speed primary air jets serve as propulsion jets according to the injector principle, by which the large mass of the Practically static hot secondary air surrounding the rotary kiln burner is sucked inwards of approx. 800 _° C in the direction of the core of the burner flame, where the hot secondary air is intensively mixed with the coal dust escaping through the annular gap nozzle, which in this way quickly and completely forms a short hot flame burns, as is required in the sintering zone of a rotary kiln for sintering the calcined cement raw material to cement clinker. In this way it is possible to use as little cold primary air (e.g. approx. 5% by volume) as much hot secondary air (e.g. approx. 95% by volume) as possible in the core of the burner flame for the purpose of being faster and more complete Intake coal dust combustion.

Bei einem solchen Kohlenstaubbrenner unterliegt die Ringspaltdüse, durch welche hindurch der abrasive Kohlenstaub pneumatisch gefördert wird, einem besonderen Verschleiß, insbesondere dann, wenn die Ringspaltdüse konisch ausgebildet ist und nach außen divergiert. Dabei ist ein verschleißgefährdeter Bereich vor allem die innere konische Ringspaltdüsen-Begrenzungswandung, auf welche die Kohlenstaubpartikel unter Ablenkung ihrer Strömungsrichtung mit hoher Geschwindigkeit aufprallen.In such a coal dust burner, the annular gap nozzle, through which the abrasive coal dust is conveyed pneumatically, is subject to particular wear, in particular if the annular gap nozzle is conical and diverges outwards. A region at risk of wear is above all the inner conical annular gap boundary wall against which the coal dust particles strike at high speed while deflecting their flow direction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehofenbrenner für feste Brennstoffe wie feinkörnigen Kohienstaub zu schaffen, mit einer Kohlenstaubdüse, die eine lange Standzeit des Brenners gewährleistet.The invention has for its object to provide a rotary kiln burner for solid fuels such as fine-grained coal dust, with a coal dust nozzle, which ensures a long service life of the burner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with the measures of the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements are specified in the subclaims.

Beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner besteht der Verschleißschutz der Kohlenstaub-Ringspaltdüse nicht aus einer Verschleißschutzbeschichtung, die als vergleichsweise dünne Schicht unmittelbar auf die verschleißgefährdete Düsenwandung aufgebracht ist, sondern aus einem in sich steifen hülsenartigen Keramikkörper, der auf einem metallischen Tragkörper lösbar und auswechselbar befestigt ist. Divergiert in Strömungsrichtung der Kohlenstaubsuspension gesehen die Festbrennstoff-Ringspaltdüse nach außen, ist der Keramikkörper als Keramik-Konus an der besonders verschleißgefährdeten radial inneren Düsenwandung der Ringspaltdüse befestigt. Dabei ist nach einem besonderen Merkmal der Erfindung zwischen dem Keramikkörper und dem metallischen Tragkörper eine flexible Keramikfaserschicht, insbesondere ein Keramikfaservlies angeordnet. Mittels der flexiblen Keramikfaserschicht ist der verschleißfeste Keramikkörper, der im Vergleich zu einer Verschleißschutzbeschichtung dickwandig sein kann und daher eine sehr lange Standzeit aufweisen kann, zum metallischen Tragkörper zentrierbar und gegen diesen spannbar. Durch die Keramikfaserschicht werden keine Kräfte aus der Wärmedehnung des metallischen Tragkörpers der Kohlenstaub-Ringspaltdüse, die beim Betrieb des Drehofenbrenners beispielsweise 800 _°C heiß werden kann, auf den bruchempfindlichen Keramikkörper übertragen. Die Standzeit des z. B. 4 mm dickwandigen hülsenartigen auswechselbaren Keramikkörpers ist so hoch, daß Produktionsausfälle des Drehofenbetriebes, bisher erzwungen durch das Auswechseln verschlissener Teile der Kohlenstaub-Ringspaltdüse, ganz vermieden werden können.In the rotary kiln burner according to the invention, the wear protection of the coal dust annular gap nozzle does not consist of a wear protection coating which is applied as a comparatively thin layer directly to the nozzle wall which is at risk of wear, but of a rigid sleeve-like ceramic body which is detachably and replaceably attached to a metallic support body. When the solid fuel annular gap nozzle diverges outward in the direction of flow of the coal dust suspension, the ceramic body is attached as a ceramic cone to the radially inner nozzle wall of the annular gap nozzle, which is particularly susceptible to wear. According to a special feature of the invention, a flexible ceramic fiber layer, in particular a ceramic fiber fleece, is arranged between the ceramic body and the metallic support body. By means of the flexible ceramic fiber layer, the wear-resistant ceramic body, which can be thick-walled in comparison to a wear protection coating and can therefore have a very long service life, can be centered and clamped against the metallic support body. The ceramic fiber layer does not transmit any forces from the thermal expansion of the metallic support body of the coal dust annular gap nozzle, which can become 800 _° C, for example, when the rotary kiln is in operation, to the break-sensitive ceramic body. The service life of the z. B. 4 mm thick-walled sleeve-like interchangeable ceramic body is so high that production downtimes of the rotary kiln operation, previously enforced by the replacement of worn parts of the coal dust annular gap nozzle, can be avoided entirely.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention and its further features and advantages are explained in more detail with reference to the exemplary embodiment shown schematically in the figures.

Es zeigt

Fig. 1: einen Axiallängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehofenbrenner, und
Fig. 2: die Einzelheit 11 der Fig. 1 mit dem Verschieißschutz in vergrößerter Darstellung.

It shows

1 shows an axial longitudinal section through a rotary kiln burner according to the invention, and
Fig. 2: the detail 11 of Fig. 1 with the wear protection in an enlarged view.

Der Drehofenbrenner der Fig. 1 weist einen ringförmigen Kanal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Kohlenstaub auf. Die Kohlenstaub-Primärluft-Suspension (11) tritt mit einer Geschwindigkeit von z. B. 28 m/s aus einer Ringspaltdüse (12) aus, die mit einem kleinen Winkel nach außen divergiert. Konzentrisch um den Kohienstaubkanal (10) ist ein Ringkanal (13) angeordnet, durch den Primärluft strömt, die mit hoher Geschwindigkeit von z. B. 350 m/s in Form von Düsenstrahlen (14) aus einzelnen um den Umfang der Brennermündung verteilt angeordneten Brennerdüsen (15) austritt. Diese Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen (14) bzw. Treibstrahlen hoher Geschwindigkeit sind in der Lage, möglichst viel den Drehofenbrenner umgebende heiße Sekundärluft (16) von z. B. 800 _°C in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzusaugen. Auf seiner Außenseite ist der Drehofenbrenner durch eine feuerfeste Ausmauerung (17) vor thermische Überbeanspruchung geschützt. Konzentrisch innerhalb des Kohlenstaubkanals (10) kann ein weiterer Primärluftkanal (18) angeordnet sein, der an seiner Ausmündung mit einem Drallerzeuger (19) ausgestattet sein kann. Im Zentrum des Brenners ist noch ein Rohr (20) angeordnet, in welches ein zentraler Zündbrenner einsetzbar ist.The rotary kiln burner of FIG. 1 has an annular channel (10) for the pneumatic transport of fine-grained coal dust. The coal dust primary air suspension (11) occurs at a speed of z. B. 28 m / s from an annular gap nozzle (12), which diverges with a small angle to the outside. A ring duct (13) is arranged concentrically around the coal dust duct (10), through which primary air flows, which flows at high speed, e.g. B. 350 m / s in the form of nozzle jets (14) from individual arranged around the circumference of the burner orifice Brennerdü sen (15) emerges. These high-speed primary air jets (14) or high-speed driving jets are able to remove as much hot secondary air (16) as possible from the rotary kiln burner. B. 800 _° C in the core of the burner flame for the purpose of quick and complete combustion of coal dust. On the outside, the rotary kiln burner is protected against thermal overload by a refractory lining (17). A further primary air duct (18) can be arranged concentrically within the coal dust duct (10) and can be equipped with a swirl generator (19) at its mouth. In the center of the burner there is also a tube (20) into which a central pilot burner can be inserted.

Der mit dem Kreis 11 der Kohlenstaub-Ringspaltdüse (12) gekennzeichnete Bereich ist besonders verschleißgefährdet, weil in diesem Bereich die Kohlenstaubpartikel an der radial inneren Begrenzungswandung der Ringspaltdüse (12) aufprallen und von dort nach außen abgelenkt werden. Daher ist, wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen, an der radial inneren Begrenzungswandung der Ringspaltdüse (12) ein in sich steifer Keramikkörper (21) als Keramik-Konus an einem metallischen Tragkörper (22) lösbar und auswechselbar befestigt. Zwischen dem z. B. 4 mm Wandstärke aufweisenden hülsenartigen Keramikkörper (21) und dem metallischen Tragkörper (22) ist eine z. B. 2 bis 3 mm dicke flexible Keramikfaserschicht (23) angeordnet, bestehend z. B. aus einem A1₂0₃-Faservlies. Vermittels der flexiblen Keramikfaserschicht können keine Kräfte aus der Wärmedehnung des metallischen Tragkörpers (22) auf den bruchempfindlichen, ebenfalls z. B. aus A1₂0₃ bestehenden Keramikkörper (21) übertragen werden, der eine Mohs'sche Härte von größer 9 aufweisen kann. Gleichzeitig sorgt die Keramikfaserschicht (23) dafür, daß der Keramikkörper (21) ganz genau auf seinen Tragkörper (22) zentrierbar ist. Gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 2 besteht der metallische Tragkörper aus zwei Längsabschnitten (22, 22a), wobei der der Ringspaltdüsenmündung (12) abgewandte Längsabschnitt (22a) eine Ringschulter (24) aufweist, mit der als Anschlag der Keramik-Konus (21) auf seinen Tragkörper (22/22a) bzw. auf die flexible Keramikfaserschicht (23) zentrierbar und spannbar ist.The area marked with the circle 11 of the coal dust annular gap nozzle (12) is particularly at risk of wear, because in this area the coal dust particles strike the radially inner boundary wall of the annular gap nozzle (12) and are deflected from there to the outside. Therefore, as can be seen in particular from FIG. 2, on the radially inner boundary wall of the annular gap nozzle (12) an inherently rigid ceramic body (21) as a ceramic cone is detachably and exchangeably attached to a metallic support body (22). Between the z. B. 4 mm wall thickness sleeve-like ceramic body (21) and the metallic support body (22) is a z. B. 2 to 3 mm thick flexible ceramic fiber layer (23) arranged, consisting, for. B. from an A1 ₂ 0 ₃ fiber fleece. By means of the flexible ceramic fiber layer, no forces from the thermal expansion of the metallic support body (22) on the break-sensitive, also z. B. from A1 ₂ 0 ₃ existing ceramic body (21) can be transferred, which may have a Mohs hardness of greater than 9. At the same time, the ceramic fiber layer (23) ensures that the ceramic body (21) can be centered exactly on its supporting body (22). According to the embodiment of FIG. 2, the metallic support body consists of two longitudinal sections (22, 22a), the longitudinal section (22a) facing away from the annular gap nozzle mouth (12) having an annular shoulder (24) with which the ceramic cone (21) acts as a stop its support body (22 / 22a) or on the flexible ceramic fiber layer (23) can be centered and tensioned.

Ist die Kohlenstaub-Ringspaltdüse (12) nicht nach außen, sondern nach innen divergierend angeordnet, so wäre der in sich feste Keramikkörper (21) nicht an der radial inneren, sondern umgekehrt an der radial äußeren Begrenzungswandung dieser Ringspaltdüse (12) zu befestigen.If the coal dust annular gap nozzle (12) is arranged diverging not towards the outside but towards the inside, the ceramic body (21), which is inherently solid, would not be attached to the radially inner, but conversely to the radially outer boundary wall of this annular gap nozzle (12).

Es wäre auch möglich, den Ringkanal (18) für die innere Primärluft ganz wegzulassen oder zwischen dem Kohlenstaubkanal (10) und dem äußeren Primärluftkanal (13) anzuordnen.It would also be possible to omit the ring channel (18) for the inner primary air entirely or to arrange it between the coal dust channel (10) and the outer primary air channel (13).

Claims

1. Burner for a rotary kiln, with an annular channel (10) for the pneumatic transport of fine-grained solid fuel (coal dust) and with at least one concentrically arranged further channel (13). primary air emerges from its outlet nozzles at an increased speed, characterized in that the solid fuel channel (10) has wear protection on at least one of the annular gap boundary walls in the region of its annular gap nozzle (12) which releases the solid fuel transport air suspension and which consists of a ceramic body (21) exists, which is releasably and replaceably attached to a support body (22).

2. Burner according to claim 1, characterized in that in the solid fuel annular gap nozzle (12), when it diverges outwards, the ceramic body (21) is attached as a ceramic cone to the radially inner nozzle wall (22).

3. Burner according to claims 1 or 2, characterized in that a flexible ceramic fiber layer (23) is arranged between the ceramic body (21) and the metallic support body (22).

4. Burner according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the metallic support body of the ceramic cone (21) consists of two longitudinal sections (22, 22a), the longitudinal section (22a) facing away from the annular gap nozzle mouth having an annular shoulder (24 ) with which the ceramic cone (21) can be centered and tensioned on its supporting body (22) or on the flexible ceramic fiber layer (23).

5. Burner according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that a further primary air duct (18) is arranged radially inside the solid fuel duct (10), at the mouth of which a swirl generator (19) is arranged.