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WO2002008665A1 - Burner for producing high process temperatures by combustion of a fluid or fluidized fuel together with an oxygenous gas - Google Patents

Burner for producing high process temperatures by combustion of a fluid or fluidized fuel together with an oxygenous gas Download PDF

Info

Publication number
WO2002008665A1
WO2002008665A1 PCT/CH2001/000435 CH0100435W WO0208665A1 WO 2002008665 A1 WO2002008665 A1 WO 2002008665A1 CH 0100435 W CH0100435 W CH 0100435W WO 0208665 A1 WO0208665 A1 WO 0208665A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
burner
nozzle
cooling jacket
oxygen
fuel
Prior art date
Application number
PCT/CH2001/000435
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Adamus
Gustav Mauer
Original Assignee
Von Roll Umwelttechnik Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Von Roll Umwelttechnik Ag filed Critical Von Roll Umwelttechnik Ag
Priority to JP2002514316A priority Critical patent/JP3864141B2/en
Publication of WO2002008665A1 publication Critical patent/WO2002008665A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Definitions

  • the invention relates to a burner for generating high process temperatures by burning a fluid or fluidized fuel with an oxygen-containing gas according to the preamble of claim 1.
  • a burner of this type is known for example from EP-Bl-0 332 644.
  • a housing of this burner houses a nozzle head which has a central oxygen nozzle and a plurality of peripheral oxygen nozzles for the oxygen-containing gas which are arranged at a radial distance therefrom.
  • a number of fuel nozzles connected to a fuel line are arranged at a smaller radial distance from the central oxygen nozzle. All nozzles are parallel to one another and to the longitudinal axis of the burner, and the outlet openings of all nozzles are in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the burner. Thus, the direction of the flame of the fuel flame generated by the oxygen at the outlet of the fuel nozzles is also aligned in the longitudinal direction of the burner.
  • the burner flame must be deflected at a certain angle to the longitudinal or installation axis of the burner.
  • the front area of the torch provided with the nozzle head - similar to welding torches - is angled relative to the part intended for installation become.
  • disassembly is usually not possible.
  • the present invention has for its object to provide a burner of the type mentioned, which allows a deflection of the burner flame and yet is simple and inexpensive in construction, assembly and maintenance.
  • this object is achieved by a burner with the features of claim 1.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a front part of a burner with a built-in nozzle head
  • Fig. 2 in longitudinal section a rear part of the burner according to Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a nozzle head body in longitudinal section
  • Fig. 4 seen the nozzle head body of FIG. 2 in the direction of arrow P.
  • a burner 1 comprises a lance-shaped burner insert 2 and an over a cooling jacket 3 extending part of the length of the burner insert.
  • the burner insert 2 can be inserted into the cooling jacket 3 from behind and can be connected to the latter in the manner described below.
  • the longitudinal axis of the burner 1 is designated L.
  • the cooling jacket 3 has an inner wall 4 and an outer wall 5, between which an annular cavity 6 is present.
  • the inner wall 4 is connected to the outer wall 5 via a front wall 7, so that " the cavity 6 is closed to the front.
  • the cooling jacket 3 is composed of a plurality of pipe pieces which are axially connected and preferably welded together, whereby First of all, there is a double-walled connecting piece 8 which has the front wall 7.
  • An intermediate tube 10 projects into the cavity 6 from behind and divides the cavity 6 into two radially separate flow zones 11, 12.
  • the flow zones 11, 12 are connected to one another via a gap present between the front intermediate pipe end and the front wall 7.
  • a helical spacer 9 is provided, which is designed, for example, as a copper wire wound around the intermediate tube 10.
  • the intermediate tube 10 is inserted in an end recess 14 of a sleeve-shaped end piece 13, which is fastened to the inner wall 4 of the cooling jacket 3, for example by welding, and the cavity 6, ie both the inner one Flow zone 12 as well as the outer flow zone 11, closed from behind (ie the outer wall 5 is also connected to the end piece 13 at the end).
  • a cooling liquid introduced into the outer flow zone 11 in the direction of arrow E via an inlet 16 and a radial inlet opening 17 in the outer wall 5 in the rear region of the cooling jacket 3 flows in the longitudinal direction of the burner, the flow taking place through a helical channel formed by the spacer 9 and ensures a good mixing and swirling of the coolant and thus provides an increased cooling effect.
  • the burner insert 2 comprises a lance-shaped tube 23 projecting from behind into the central interior 24 of the cooling jacket 3, which according to FIG. 1 in the front area of the burner 1 via an annular spacer 27 sealingly abutting the inner wall 4 of the cooling jacket 3 radial distance from the inner wall 4 is kept.
  • the lance-shaped tube 23 encloses one of a via a inlet opening 33 and an inlet 34 (Fig. 2) to a source, not shown Interior space 32 connected to oxygen-containing gas.
  • the interior 32 is closed off from behind by an end piece 43.
  • a nozzle head 20 is fastened (preferably by welding), which is designed as a cylindrical body shown in FIG. 3, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis L of the burner 1, and the one with two parallel end faces 21, 22 including an angle ⁇ with the longitudinal axis L is provided.
  • the nozzle head 20 has a bore 36 parallel to the longitudinal axis L, in which a fuel nozzle 25 is inserted in a sealing manner.
  • the fuel nozzle 25 has a threaded rear end piece 26 with which it can be screwed into a fuel line 29 or into a counterpart 28 connected to this fuel line 29.
  • a sealing ring 31 is arranged on the end face between a pin 30 of the fuel nozzle 25 and the counterpart 28.
  • the fuel line 29, which extends in the longitudinal direction of the burner 1 and extends through the interior 32 of the tube 23, is connected to a fuel source (not shown in more detail).
  • the nozzle head 20 also has at least one oxygen nozzle 35, the tube 23 optionally forming the supply line for the oxygen-containing gas to the oxygen nozzle 35.
  • the nozzle head 20 can be provided, for example, with three oxygen nozzles 35 arranged parallel to one another. If appropriate, the oxygen nozzles 35 have one constant diameter. However, they could also have a continuously tapering cross-section or the shape of a Laval nozzle. Instead of the three oxygen nozzles 35 running alongside one another, a single oxygen nozzle with a slit-shaped, arc-shaped cross section could also be provided.
  • the oxygen nozzles 35 and the fuel nozzle 25 are arranged at an angle ⁇ to one another.
  • the oxygen nozzles 35 run at right angles to the end faces 21, 22 of the nozzle body 20, and the angle ⁇ is the same size as the angle ⁇ , namely 45 °.
  • the nozzle exit directions of the fuel nozzle 25 and the oxygen nozzle 35 enclosing the angle ⁇ are designated B and S in FIG. 1.
  • the front wall 7 of the cooling jacket 3, the front end face 38 of the lance-shaped tube 23, the front end face 39 of the intermediate tube 10, and the end faces 40 of the annular spacer 27 also run parallel to the end faces 21, 22 of the nozzle body 20 20 with its end face 21 provided with the nozzle outlet openings is set back somewhat in the longitudinal direction of the burner 1 relative to the end faces 37, 39 of the cooling jacket or the intermediate tube 10, so that optimal cooling of the nozzle head 20 is ensured.
  • the inner wall 4 of the cooling jacket 3 which extends further backwards in comparison to the outer wall 5, is connected (preferably by means of welding) against which an annular counter flange 47, preferably welded on the lance-shaped tube 23, comes to rest.
  • Both flanges 46, 47 are provided with a number of mutually opposite holes 48 for fastening screws, not shown in the drawing.
  • Air, oxygen-enriched air or pure oxygen can be used as the oxygen-containing gas.
  • Pure oxygen is preferably used to generate a particularly high flame temperature (with a small amount of exhaust gas).
  • the oxygen nozzles 35 according to the invention at an angle ⁇ which can vary between 10 ° and 75 ° and is preferably 45 °, the flame generated at the outlet of the nozzles 25, 35 is directed in the direction of the oxygen jet, i.e. deflected in the nozzle exit direction S.
  • the necessary atomization of the fuel is achieved by an expansion of the oxygen jet at the outlet of the oxygen nozzle 35 and the fuel injection at this point.
  • the deflection of the flame according to the invention in a certain direction with respect to the longitudinal direction of the burner is particularly advantageous in the case of so-called pulse burners with which the mass to be burned is set in motion.
  • lance-shaped burners are installed in a furnace wall of a melting furnace, in which a molten bath or a slag bath is set in rotation by a tangential injection.
  • the CO-containing exhaust gases above the bath can also be re-burned using pulse burners built into the furnace wall.
  • the entire burner insert 2 can be disassembled and serviced or replaced in a simple manner - without dismantling the cooling jacket 3.
  • the fuel nozzle 25 itself can also be easily replaced or serviced.
  • the necessary deflection angle i.e. the angle ⁇
  • the burner 1 or its longitudinal axis L can also be pivoted in a certain angular range with respect to the furnace wall 49 and by means of a joint bearing 50 of the burner 1 or of the cooling jacket 3 receiving the burner insert 2 in a furnace wall 49 Adjustment device 51 can be fixed in the desired position, whereby the flame direction can also be adjusted.
  • the cooling jacket 3 is provided on its outer circumference with a spherical bearing body 52 forming part of the articulated bearing 50, which is operatively connected to a hollow spherical socket 54 fixed to the furnace wall.
  • the adjusting device 51 comprises a flange 53 arranged on the circumference of the cooling jacket 3, connected to the bearing body 52 and equipped with adjusting screws 55.
  • the adjusting screws 55 that can be supported on the furnace wall 49, the angle setting of the flange 53 or the cooling jacket 3 can be fixed relative to the furnace wall ,

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a burner for producing high process temperatures by combustion of a fluid or fluidized fuel together with an oxygenous gas. Said burner is provided with a nozzle head (20). Said nozzle head (20) comprises a fuel nozzle (25) connected to a fuel line (29), and an oxygen nozzle (35) linked with a gas supply line (23) for the oxygenous gas. The fuel line (29) and the gas supply line (23) extend in the longitudinal direction of the burner (1) and are enclosed across a part of their length by a cooling jacket (3). The nozzle outlet directions (S, B) of the oxygen nozzle (35) and of the fuel nozzle (25) form an angle ( beta ) by which the stream of oxygen deflects the flame produced. The burner (1) that allows deflection of the flame vis-à-vis the longitudinal axis or axis of installation (L) is simple in design and easy to install and service.

Description

Brenner zur Erzeugung von hohen Prozesstemperaturen durch Verbrennung eines fluiden oder fluidisierten Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen GasBurners for generating high process temperatures by burning a fluid or fluidized fuel with an oxygen-containing gas
Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Erzeugung von hohen Prozesstemperaturen durch Verbrennung eines fluiden oder fluidisierten Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas ge äss dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a burner for generating high process temperatures by burning a fluid or fluidized fuel with an oxygen-containing gas according to the preamble of claim 1.
Ein Brenner dieser Art ist beispielsweise aus der EP-Bl- 0 332 644 bekannt. In einem Gehäuse dieses Brenners ist ein Düsenkopf untergebracht, der eine zentrale Sauerstoffdüse sowie mehrere in einem radialen Abstand zu dieser angeordnete, periphere Sauerstoffdüsen für das sauerstoffhaltige Gas aufweist. In einem kleineren radialen Abstand zu der zentralen Sauerstoffdüse ist eine Anzahl von an eine Brennstoffleitung angeschlossenen Brennstoffdüsen angeordnet. Alle Düsen liegen parallel zueinander und zu der Längsachse des Brenners, und die Austrittsöffnungen aller Düsen befinden sich in einer zur Längsachse des Brenners rechtwinkligen Ebene. Somit ist auch die Flammenrichtung der am Austritt der Brennstoffdüsen durch den Sauerstoff erzeugten Brennflamrαe in der Längsrichtung des Brenners ausgerichtet.A burner of this type is known for example from EP-Bl-0 332 644. A housing of this burner houses a nozzle head which has a central oxygen nozzle and a plurality of peripheral oxygen nozzles for the oxygen-containing gas which are arranged at a radial distance therefrom. A number of fuel nozzles connected to a fuel line are arranged at a smaller radial distance from the central oxygen nozzle. All nozzles are parallel to one another and to the longitudinal axis of the burner, and the outlet openings of all nozzles are in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the burner. Thus, the direction of the flame of the fuel flame generated by the oxygen at the outlet of the fuel nozzles is also aligned in the longitudinal direction of the burner.
Bei bestimmten Anwendungen von Brennern ist jedoch eine Umlenkung der Brennerflamme in einem gewissen Winkel zur Längs- bzw. Einbauachse des Brenners erforderlich. Zu diesem Zweck uss der mit dem Düsenkopf versehene vordere Bereich des Brenners - ähnlich wie bei Schweissbrennern - gegenüber dem zum Einbau vorgesehenen Teil abgewinkelt werden. Dies bedeutet jedoch gerade bei den zur Erzeugung von hohen Prozesstemperaturen vorgesehenen Sauerstoff- brennern, die thermisch sehr hoch belastet sind und bei denen der Einbau in einen Kühlmantel unumgänglich ist, einen sehr grossen konstruktiven Aufwand. Zudem ist eine Demontage meist nicht möglich.In certain burner applications, however, the burner flame must be deflected at a certain angle to the longitudinal or installation axis of the burner. For this purpose, the front area of the torch provided with the nozzle head - similar to welding torches - is angled relative to the part intended for installation become. However, this means that the oxygen burners intended for the generation of high process temperatures, which are subject to very high thermal loads and for which the installation in a cooling jacket is essential, require a great deal of design. In addition, disassembly is usually not possible.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine Umlenkung der Brennerflamme ermöglicht und dennoch in der Konstruktion, Montage und Wartung einfach und kostengünstig ist.The present invention has for its object to provide a burner of the type mentioned, which allows a deflection of the burner flame and yet is simple and inexpensive in construction, assembly and maintenance.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Brenner mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst .According to the invention, this object is achieved by a burner with the features of claim 1.
Bevorzugte Weiterausgestaltungen des erfindungsgemässen Brenners bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred further developments of the burner according to the invention form the subject of the dependent claims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert .The invention is explained below with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 im Längsschnitt einen vorderen Teil eines Bren- ners mit einem eingebauten Düsenkopf;1 shows a longitudinal section of a front part of a burner with a built-in nozzle head;
Fig. 2 im Längsschnitt einen hinteren Teil des Brenners nach Fig. 1;Fig. 2 in longitudinal section a rear part of the burner according to Fig. 1;
Fig. 3 einen Düsenkopfkörper im Längsschnitt; und3 shows a nozzle head body in longitudinal section; and
Fig. 4 den Düsenkopfkörper nach Fig. 2 in Pfeilrichtung P gesehen.Fig. 4 seen the nozzle head body of FIG. 2 in the direction of arrow P.
Ge äss Fig. 1 und 2 umfasst ein Brenner 1 einen lanzenförmigen Brennereinsatz 2 sowie einen sich über einen Teil der Brennereinsatz-Länge erstreckenden Kühlmantel 3. Der Brennereinsatz 2 ist von hinten in den Kühlmantel 3 einschiebbar und mit dem letzteren in weiter unten beschriebener Weise verbindbar. Die Längsachse des Brenners 1 ist mit L bezeichnet.1 and 2, a burner 1 comprises a lance-shaped burner insert 2 and an over a cooling jacket 3 extending part of the length of the burner insert. The burner insert 2 can be inserted into the cooling jacket 3 from behind and can be connected to the latter in the manner described below. The longitudinal axis of the burner 1 is designated L.
Der Kühlmantel 3 weist eine Innenwand 4 -sowie eine Aussenwand 5 auf, zwischen denen ein ringförmiger Hohlraum 6 vorhanden ist. Im vorderen Bereich des Brenners 1 ist die Innenwand 4 über eine vordere Wand 7 mit der Aussenwand 5 verbunden, so dass "der Hohlraum 6 nach vorne abgeschlossen ist. Mit Vorteil wird der Kühlmantel 3 aus mehreren axial aneinander angeschlossenen und vorzugsweise zusammengeschweissten Rohrstücken zusammengesetzt, wobei zuvorderst ein doppelwandiges, die vordere Wand 7 aufweisendes Verbindungsstück 8 vorhanden ist.The cooling jacket 3 has an inner wall 4 and an outer wall 5, between which an annular cavity 6 is present. In the front area of the burner 1, the inner wall 4 is connected to the outer wall 5 via a front wall 7, so that " the cavity 6 is closed to the front. Advantageously, the cooling jacket 3 is composed of a plurality of pipe pieces which are axially connected and preferably welded together, whereby First of all, there is a double-walled connecting piece 8 which has the front wall 7.
In den Hohlraum 6 ragt von hinten ein Zwischenrohr 10 hinein, das den Hohlraum 6 in zwei radial voneinander getrennte Strömungszohen 11, 12 unterteilt. Im vorderen Kühlmantelbereich sind die Strömungszonen 11, 12 über einen zwischen dem vorderen Zwischenrohrende und der vorderen Wand 7 vorhandenen Spalt miteinander verbunden. Zwischen dem Umfang des Zwischenrohres 10 und der Kühlmantel-Aussenwand 5, d.h. in der äusseren Strömungszone 11, ist ein schraubenlinienförmig verlaufender Distanzhalter 9 vorgesehen, der beispielsweise als ein um das Zwischenrohr 10 herum gewundener Kupferdraht ausgebildet ist. Im hinteren Bereich ist ge äss Fig. 4 das Zwischenrohr 10 in einer stirnseitigen Vertiefung 14 eines hülsenför igen Abschlussstückes 13 eingesetzt, welches auf der Innenwand 4 des Kühlmantels 3 beispielsweise mittels Schweissens befestigt ist und den Hohlraum 6, d.h. sowohl die innere Strömungszone 12 als auch die äussere Strömungszone 11, von hinten verschliesst (d.h. auch die Aussenwand 5 ist stirnseitig mit dem Abschlussstück 13 verbunden) . Eine in Pfeilrichtung E über einen Einlass 16 und eine radiale Einlassöffnung 17 in der Aussenwand 5 im hinteren Bereich des Kühlmantels 3 in die äussere Strömungszone 11 eingeleitete Kühlflüssigkeit strömt in Brennerlängsrichtung nach vorne, wobei die Strömung durch einen durch den Distanzhalter 9 gebildeten schraubenlinienförmigen Kanal erfolgt und für eine gute Durchmischung und Verwirbelung der Kühlflüssigkeit und dadurch für einen verstärkten Kühlungseffekt sorgt. Im vorderen Kühlmantelbereich, d.h. im Bereich der vorderen Wand 7, wird die Kühlflüssigkeit in Pfeilrichtung K in die innere Strömungszone 12 umgelenkt, in welcher sie dann wieder nach hinten zurückströmt. Ein durch das hülsenförmige Abschlussstück 13 umschlossener Ringraum 15, der eine axiale Fortsetzung der inneren Strömungszone 12 darstellt, ist über eine im Abschlussstück 13 vorgesehene radiale Auslassöffnung 18 mit einem Auslass 19 verbunden. Der Kühlflüssigkeitsaustritt ist in Fig. 4 mit Pfeil A angedeutet.An intermediate tube 10 projects into the cavity 6 from behind and divides the cavity 6 into two radially separate flow zones 11, 12. In the front cooling jacket area, the flow zones 11, 12 are connected to one another via a gap present between the front intermediate pipe end and the front wall 7. Between the circumference of the intermediate tube 10 and the cooling jacket outer wall 5, ie in the outer flow zone 11, a helical spacer 9 is provided, which is designed, for example, as a copper wire wound around the intermediate tube 10. 4, the intermediate tube 10 is inserted in an end recess 14 of a sleeve-shaped end piece 13, which is fastened to the inner wall 4 of the cooling jacket 3, for example by welding, and the cavity 6, ie both the inner one Flow zone 12 as well as the outer flow zone 11, closed from behind (ie the outer wall 5 is also connected to the end piece 13 at the end). A cooling liquid introduced into the outer flow zone 11 in the direction of arrow E via an inlet 16 and a radial inlet opening 17 in the outer wall 5 in the rear region of the cooling jacket 3 flows in the longitudinal direction of the burner, the flow taking place through a helical channel formed by the spacer 9 and ensures a good mixing and swirling of the coolant and thus provides an increased cooling effect. In the front cooling jacket area, ie in the area of the front wall 7, the cooling liquid is deflected in the direction of arrow K into the inner flow zone 12, in which it then flows back again. An annular space 15 enclosed by the sleeve-shaped end piece 13, which represents an axial continuation of the inner flow zone 12, is connected to an outlet 19 via a radial outlet opening 18 provided in the end piece 13. The coolant outlet is indicated by arrow A in FIG. 4.
Der Brennereinsatz 2 umfasst ein von hinten in den zentralen Innenraum 24 des Kühlmantels 3 hineinragendes, lanzenför iges Rohr 23, das gemäss Fig. 1 im vorderen Bereich des Brenners 1 über einen ringförmigen, an der Innenwand 4 des Kühlmantels 3 dichtend anliegenden Distanzhalter 27 in einem radialen Abstand von der Innenwand 4 gehalten wird.The burner insert 2 comprises a lance-shaped tube 23 projecting from behind into the central interior 24 of the cooling jacket 3, which according to FIG. 1 in the front area of the burner 1 via an annular spacer 27 sealingly abutting the inner wall 4 of the cooling jacket 3 radial distance from the inner wall 4 is kept.
Das lanzenförmige Rohr 23 umschliesst einen über eine Einlassöffnung 33 und einen Einlass 34 (Fig. 2) an eine nicht näher dargestellte Quelle von einem sauerstoffhaltigen Gas angeschlossenen Innenraum 32. Der Innenraum 32 ist von hinten durch ein Abschlussstück 43 abgeschlossen.The lance-shaped tube 23 encloses one of a via a inlet opening 33 and an inlet 34 (Fig. 2) to a source, not shown Interior space 32 connected to oxygen-containing gas. The interior 32 is closed off from behind by an end piece 43.
Im vorderen Bereich des lanzenförmigen Rohres 23 ist gemäss Fig. 1 ein Düsenkopf 20 befestigt (vorzugsweise mittels Schweissens) , der als ein in Fig. 3 dargestellter zylindrischer Körper ausgebildet ist, dessen Längsachse mit der Längsachse L des Brenners 1 zusammenfällt, und der mit zwei parallelen, mit der Längsachse L einen Winkel α einschliessenden Stirnflächen 21, 22 versehen ist. Beim in1, a nozzle head 20 is fastened (preferably by welding), which is designed as a cylindrical body shown in FIG. 3, the longitudinal axis of which coincides with the longitudinal axis L of the burner 1, and the one with two parallel end faces 21, 22 including an angle α with the longitudinal axis L is provided. When in
Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der1 and 3 illustrated embodiment is the
Winkel α 45° .Angle α 45 °.
Der Düsenkopf 20 weist eine zur Längsachse L parallele Bohrung 36 auf, in welcher eine Brennstoffdüse 25 dichtend eingesetzt ist. Die Brennstoffdüse 25 weist ein mit einem Gewinde versehenes hinteres Endstück 26 auf, mit welchem sie in eine Brennstoffleitung 29 bzw. in ein mit dieser Brennstoffleitung 29 verbundenes Gegenstück 28 einschraubbar ist. Zwischen einem Zapfen 30 der Brennstoffdüse 25 und dem Gegenstück 28 ist stirnseitig ein Dichtungsring 31 angeordnet. Die sich in Längsrichtung des Brenners 1 erstreckende und den Innenraum 32 des Rohres 23 durchragende Brennstoffleitung 29 ist an eine nicht näher dargestellte Brennstoffquelle angeschlossen.The nozzle head 20 has a bore 36 parallel to the longitudinal axis L, in which a fuel nozzle 25 is inserted in a sealing manner. The fuel nozzle 25 has a threaded rear end piece 26 with which it can be screwed into a fuel line 29 or into a counterpart 28 connected to this fuel line 29. A sealing ring 31 is arranged on the end face between a pin 30 of the fuel nozzle 25 and the counterpart 28. The fuel line 29, which extends in the longitudinal direction of the burner 1 and extends through the interior 32 of the tube 23, is connected to a fuel source (not shown in more detail).
Der Düsenkopf 20 weist ferner mindestens eine Sauerstoffdüse 35 auf, wobei gegebenenfalls das Rohr 23 die Zufuhrleitung für das sauerstoffhaltige Gas zu der Sauerstoffdüse 35 bildet. Wie aus Fig. 4 ersichtlich kann der Düsenkopf 20 beispielsweise mit drei parallel zueinander angeordneten Sauerstofdüsen 35 versehen sein. Gegebenenfalls weisen die Sauerstofdüsen 35 einen konstanten Durchmesser auf. Sie könnten allerdings auch einen sich stetig verjüngenden Querschnitt oder die Form einer Lavaldüse aufweisen. Statt der drei nebeneinander verlaufenden Sauerstofdüsen 35 könnte auch eine einzige Sauerstofdüse mit einem schlitzförmigen, bogenförmig ausgestalteten Querschnitt vorgesehen sein.The nozzle head 20 also has at least one oxygen nozzle 35, the tube 23 optionally forming the supply line for the oxygen-containing gas to the oxygen nozzle 35. As can be seen from FIG. 4, the nozzle head 20 can be provided, for example, with three oxygen nozzles 35 arranged parallel to one another. If appropriate, the oxygen nozzles 35 have one constant diameter. However, they could also have a continuously tapering cross-section or the shape of a Laval nozzle. Instead of the three oxygen nozzles 35 running alongside one another, a single oxygen nozzle with a slit-shaped, arc-shaped cross section could also be provided.
Die Sauerstoffdüsen 35 und die Brennstoffdüse 25 sind in einem Winkel ß zueinander angeordnet. Beim dargestellten, herstellungstechnisch besonders vorteilhaften Ausführungs- beispiel verlaufen die Sauerstoffdüsen 35 rechtwinklig zu den Stirnflächen 21, 22 des Düsenkörpers 20, und der Winkel ß ist gleich gross wie der Winkel α, nämlich 45°.The oxygen nozzles 35 and the fuel nozzle 25 are arranged at an angle β to one another. In the exemplary embodiment shown, which is particularly advantageous in terms of production technology, the oxygen nozzles 35 run at right angles to the end faces 21, 22 of the nozzle body 20, and the angle β is the same size as the angle α, namely 45 °.
Die den Winkel ß einschliessenden Düsenaustrittsrichtungen der Brennstoffdüse 25 und der Sauerstoffdüse 35 sind in Fig. 1 mit B und S bezeichnet.The nozzle exit directions of the fuel nozzle 25 and the oxygen nozzle 35 enclosing the angle β are designated B and S in FIG. 1.
Parallel zu den Stirnflächen 21, 22 des Düsenkörpers 20 verläuft auch die vordere Wand 7 des Kühlmantels 3, die vordere Stirnfläche 38 des lanzenförmigen Rohres 23, die vordere Stirnfläche 39 des Zwischenrohres 10, und die Stirnflächen 40 des ringförmigen Distanzhalters 27. Dabei ist der Düsenkopf 20 mit seiner mit den Düsenaustrittsöffnungen versehenen Stirnfläche 21 gegenüber den Stirnflächen 37, 39 des Kühlmantels bzw. des Zwischenrohres 10 in Längsrichtung des Brenners 1 etwas zurückversetzt, damit eine optimale Kühlung des Düsenkopfes 20 gewährleistet ist.The front wall 7 of the cooling jacket 3, the front end face 38 of the lance-shaped tube 23, the front end face 39 of the intermediate tube 10, and the end faces 40 of the annular spacer 27 also run parallel to the end faces 21, 22 of the nozzle body 20 20 with its end face 21 provided with the nozzle outlet openings is set back somewhat in the longitudinal direction of the burner 1 relative to the end faces 37, 39 of the cooling jacket or the intermediate tube 10, so that optimal cooling of the nozzle head 20 is ensured.
Zur Befestigung des in den Kühlmantel 3 von hinten eingeschobenen Brennereinsatzes 2 im letzteren ist gemäss Fig. 2 die im Vergleich zur Aussenwand 5 sich weiter nach hinten erstreckende Innenwand 4 des Kühlmantels 3 mit einem ringförmigen Flansch 46 verbunden (vorzugsweise mittels Schweissens) , an dem ein auf dem lanzenförmigen Rohr 23 vorzugsweise aufgeschweisster, ringförmiger Gegenflansch 47 zur Anlage kommt. Beide Flansche 46, 47 sind mit einer Anzahl von einander gegenüberliegenden Löchern 48 für in der Zeichnung nicht dargestellte Befestigungsschrauben versehen.To fasten the burner insert 2 inserted into the cooling jacket 3 from behind in the latter, the inner wall 4 of the cooling jacket 3, which extends further backwards in comparison to the outer wall 5, is connected (preferably by means of welding) against which an annular counter flange 47, preferably welded on the lance-shaped tube 23, comes to rest. Both flanges 46, 47 are provided with a number of mutually opposite holes 48 for fastening screws, not shown in the drawing.
Als sauerstoffhaltiges Gas kann Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff verwendet werden. Zum Erzeugen einer besonders hohen Flammentemperatur (bei kleiner Abgasmenge) wird vorzugsweise reiner Sauerstoff verwendet. Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Sauerstoffdüsen 35 in einem Winkel ß, der zwischen 10° und 75° variieren kann und vorzugsweise 45° beträgt, wird die am Austritt der Düsen 25, 35 erzeugte Flamme in Richtung des Sauerstoffstrahles, d.h. in Düsenaustrittsrichtung S umgelenkt. Durch eine Expansion des SauerstoffStrahles am Austritt der Sauerstoffdüse 35 und die BrennstoffInjektion an dieser Stelle wird die notwendige Zerstäubung des Brennstoffes erreicht.Air, oxygen-enriched air or pure oxygen can be used as the oxygen-containing gas. Pure oxygen is preferably used to generate a particularly high flame temperature (with a small amount of exhaust gas). By arranging the oxygen nozzles 35 according to the invention at an angle β which can vary between 10 ° and 75 ° and is preferably 45 °, the flame generated at the outlet of the nozzles 25, 35 is directed in the direction of the oxygen jet, i.e. deflected in the nozzle exit direction S. The necessary atomization of the fuel is achieved by an expansion of the oxygen jet at the outlet of the oxygen nozzle 35 and the fuel injection at this point.
Die erfindungsgemässe Umlenkung der Flamme in einer bestimmten Richtung gegenüber der Längsrichtung des Brenners ist insbesondere bei sogenannten Impuls-Brennern von Vorteil, mit denen die zu verbrennende Masse in Bewegung gesetzt wird. So werden beispielsweise lanzenförmige Brenner in eine Ofenwand eines Schmelzofens eingebaut, in welchem ein Schmelzbad bzw. ein Schlackenbad durch eine tangentiale Eindüsung in Rotation versetzt wird. Auch die oberhalb des Bades vorhandenen, CO-haltigen Abgase können durch in Ofenwand eingebaute Impuls-Brenner nachverbrannt werden. Die erfindungsgemässe Flammen- umlenkung gegenüber der Brenner-Längsachse L, bei der keine Abwinkelung des Brennereinsatzes notwendig ist, erleichtert den Einbau des Brenners in die Ofenwand. Beim erfindungsgemässen Brenner 1 kann der gesamte Brennereinsatz 2 in einfacher Weise - ohne Demontage des Kühlmantels 3 - demontiert und gewartet oder ersetzt werden. Auch kann die Brennstoffdüse 25 an sich problemlos ausgewechselt oder gewartet werden.The deflection of the flame according to the invention in a certain direction with respect to the longitudinal direction of the burner is particularly advantageous in the case of so-called pulse burners with which the mass to be burned is set in motion. For example, lance-shaped burners are installed in a furnace wall of a melting furnace, in which a molten bath or a slag bath is set in rotation by a tangential injection. The CO-containing exhaust gases above the bath can also be re-burned using pulse burners built into the furnace wall. The flame deflection according to the invention with respect to the burner longitudinal axis L, in which no need to bend the burner insert, this makes it easier to install the burner in the furnace wall. In the burner 1 according to the invention, the entire burner insert 2 can be disassembled and serviced or replaced in a simple manner - without dismantling the cooling jacket 3. The fuel nozzle 25 itself can also be easily replaced or serviced.
Für eine bestimmte Verwendung kann der notwendige Umlenkwinkel, d.h. der Winkel ß, optimal gewählt werden. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt kann durch eine Gelenklagerung 50 des Brenners 1 bzw. des den Brennereinsatz 2 aufnehmenden Kühlmantels 3 in einer Ofenwand 49 auch noch der Brenner 1 bzw. seine Längsachse L in einem bestimmten Winkelbereich gegenüber der Ofenwand 49 verschwenkt und mittels einer Justiervorrichtung 51 in gewünschter Lage fixiert werden, wodurch die Flammenrichtung noch zusätzlich eingestellt werden kann. Der Kühlmantel 3 ist an seinem Aussenumfang mit einem einen Teil der Gelenklagerung 50 bildenden kugelförmigen Lagerkörper 52 versehen, der mit einer ofenwandfesten hohlkugelförmigen Pfanne 54 wirkverbunden ist. Die Justiervorrichtung 51 umfasst einen am Umfang des Kühlmantels 3 angeordneten, mit dem Lagerkörper 52 verbundenen und mit Justierschrauben 55 ausgestatteten Flansch 53. Mittels der an der Ofenwand 49 abstützbaren Justierschrauben 55 kann die Winkeleinstellung des Flansches 53 bzw. des Kühlmantels 3 gegenüber der Ofenwand fixiert werden. For a certain application, the necessary deflection angle, i.e. the angle β, can be chosen optimally. As shown schematically in FIG. 2, the burner 1 or its longitudinal axis L can also be pivoted in a certain angular range with respect to the furnace wall 49 and by means of a joint bearing 50 of the burner 1 or of the cooling jacket 3 receiving the burner insert 2 in a furnace wall 49 Adjustment device 51 can be fixed in the desired position, whereby the flame direction can also be adjusted. The cooling jacket 3 is provided on its outer circumference with a spherical bearing body 52 forming part of the articulated bearing 50, which is operatively connected to a hollow spherical socket 54 fixed to the furnace wall. The adjusting device 51 comprises a flange 53 arranged on the circumference of the cooling jacket 3, connected to the bearing body 52 and equipped with adjusting screws 55. By means of the adjusting screws 55 that can be supported on the furnace wall 49, the angle setting of the flange 53 or the cooling jacket 3 can be fixed relative to the furnace wall ,

Claims

Patentansprüche claims
1. Brenner zur Erzeugung von hohen Prozesstemperaturen durch Verbrennung eines fluiden oder fluidisierten Brennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas, mit einem im vorderem Bereich des Brenners (1) angeordneten Düsenkopf (20) , der mit einer an eine1. Burner for generating high process temperatures by burning a fluid or fluidized fuel with an oxygen-containing gas, with a nozzle head (20) arranged in the front region of the burner (1), which is connected to a
Brennstoffleitung (29) angeschlossenen BrennstoffdüseFuel line (29) connected fuel nozzle
(25) sowie mit mindestens einer mit einer(25) and at least one with one
Zufuhrleitung (23) für das sauerstoffhaltige Gas verbundenen Sauerstoffdüse (35) versehen ist, wobei die Brennstoffleitung (29) und die Gas-Zufuhrleitung (23) in Längsrichtung des Brenners (1) verlaufen und über einen Teil ihrer Länge von einem Kühlmantel (3) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenaustrittsrichtungen (S, B) der SauerstoffdüseSupply line (23) for the oxygen-containing gas-connected oxygen nozzle (35) is provided, the fuel line (29) and the gas supply line (23) running in the longitudinal direction of the burner (1) and over part of their length from a cooling jacket (3) are surrounded, characterized in that the nozzle exit directions (S, B) of the oxygen nozzle
(35) und der Brennstoffdüse (25) einen Winkel (ß) bilden, wodurch die erzeugte Flamme durch den Sauerstoffstrahl umgelenkt wird.(35) and the fuel nozzle (25) form an angle (β), whereby the flame generated is deflected by the oxygen jet.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß) zwischen 10° und 75°, vorzugsweise 45° beträgt .2. Burner according to claim 1, characterized in that the angle (β) is between 10 ° and 75 °, preferably 45 °.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen lanzenförmigen, in den Kühlmantel (3) von hinten einschiebbaren und mit dem Kühlmantel lösbar verbindbaren Brennereinsatz (2) , in welchem der Düsenkopf (20) sowie die Brennstoffleitung (29) und die Gas-Zufuhrleitung (23) untergebracht sind.3. Burner according to claim 1 or 2, characterized by a lance-shaped burner insert (2) which can be inserted into the cooling jacket (3) from behind and releasably connected to the cooling jacket, in which the nozzle head (20) and the fuel line (29) and the gas - Supply line (23) are housed.
4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennereinsatz (3) ein die Gas-Zufuhrleitung bildendes, lanzenförmiges Rohr (23) umfasst, in dessen vorderem Bereich der Düsenkopf (20) befestigt ist, und durch welchen die Brennstoffleitung (29) verläuft.4. Burner according to claim 3, characterized in that the burner insert (3) comprises a lance-shaped tube (23) forming the gas supply line, in the front area of which the nozzle head (20) is attached, and through which the fuel line (29) runs.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (20) als ein zylindrischer Körper ausgebildet ist, der eine zu seiner Längsachse (L) parallele Bohrung (36) für die Brennstoffdüse (25) aufweist und mit zwei mit der5. Burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the nozzle head (20) is designed as a cylindrical body which has a bore (36) parallel to its longitudinal axis (L) for the fuel nozzle (25) and with two with the
Längsachse (L) einen Winkel (α) einschliessenden, parallelen Stirnflächen (21; 22) versehen ist, wobei die Sauerstoffdüse (35) rechtwinklig zu den Stirnflächen (21; 22) angeordnet ist.The longitudinal axis (L) is provided with an angle (α) including parallel end faces (21; 22), the oxygen nozzle (35) being arranged at right angles to the end faces (21; 22).
6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (20) mit mehreren parallel nebeneinander angeordneten Sauerstoffdüsen (35) versehen ist.6. Burner according to claim 5, characterized in that the nozzle head (20) is provided with a plurality of oxygen nozzles (35) arranged parallel to one another.
7. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffdüse im Querschnitt als ein bogenförmiger Schlitz ausgebildet ist.7. Burner according to claim 5, characterized in that the oxygen nozzle is designed in cross section as an arcuate slot.
8. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenstoffdüse (25) einen in die Bohrung (24) des Düsenkörpers dichtend einsetzbaren Teil (30) sowie ein in die Brenstoffleitung (29) einschraubbares Endstück (26) aufweist.8. Burner according to claim 5, characterized in that the fuel nozzle (25) has a sealingly insertable part (30) into the bore (24) of the nozzle body and an end piece (26) which can be screwed into the fuel line (29).
9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (3) eine rohrförmige Innenwand (4) sowie eine rohrför ige Aussenwand (5) aufweist, zwischen denen ein ringförmiger Hohlraum (6) vorhanden ist und die im vorderen Bereich über eine den Hohlraum (6) nach vorne abschliessende vordere Wand (7) verbunden sind, wobei in den Hohlraum (6) von hinten ein Zwischenrohr9. Burner according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cooling jacket (3) has a tubular inner wall (4) and a tubular outer wall (5), between which there is an annular cavity (6) and in the front Area over the cavity (6) front wall (7) closing at the front, with an intermediate tube in the cavity (6) from behind
(10) hineinragt, durch welches der Hohlraum (6) in zwei radial voneinander getrennte, nur im vorderen Bereich miteinander verbundene Strömungszonen (11, 12) unterteilt ist, von denen die eine Strömungszone(10) protrudes, through which the cavity (6) is divided into two radially separate flow zones (11, 12), which are only connected to one another in the front area, one of which is a flow zone
(11) mit einem Kühlflüssigkeit-Einlass (16) und die andere Strömungszone (12) mit einem Kühlflüssigkeit- Auslass (19) verbunden ist.(11) with a coolant inlet (16) and the other flow zone (12) with a coolant outlet (19) is connected.
10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zwischenrohr (10) und der Aussenwand (5) des Kühlmantels (3) ein schr'aubenlinienförmig verlaufender Distanzhalter (9) vorzugsweise aus Kupferdraht angeordnet ist.10. Burner according to claim 9, characterized in that between the intermediate tube (10) and the outer wall (5) of the cooling jacket (3) a ' spaced-apart spacer (9) is preferably made of copper wire.
11. Brenner nach Anspruch 3, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Wand (7) des Kühlmantels (3) sowie die vordere Stirnfläche (39) des Zwischenrohres (10) den gleichen' Winkel ( ) mit der Längsachse (L) des Kühlmantels (3) bzw. des Brenners (1) einschliessen wie die Stirnflächen (21, 22) des Düsenkopfes (20) mit seiner Längsachse.11. Burner according to claim 3, 5 and 9, characterized in that the front wall (7) of the cooling jacket (3) and the front end face (39) of the intermediate tube (10) the same ' angle () with the longitudinal axis (L) of the cooling jacket (3) or the burner (1), like the end faces (21, 22) of the nozzle head (20) with its longitudinal axis.
12. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennereinsatz (2) mit einem ringförmigen Flansch (47) versehen ist, der beim im ' Kühlmantel (3) untergebrachten Brennereinsatz (2) an einem ringförmigen Flansch (46) des Kühlmantels (3) anliegt und mit diesem lösbar verbunden ist.12. Burner according to one of claims 3 to 11, characterized in that the burner insert (2) is provided with an annular flange (47) which in the 'cooling jacket (3) accommodated burner insert (2) on an annular flange (46) of the cooling jacket (3) and is releasably connected to it.
13. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (3) an seinem Aussenumfang mit einem Lagerkörper (52) versehen ist, der einen Teil einer Gelenklagerung (50) bildet, mittels welcher der Kühlmantel (3) in einer Ofenwand (49) in einem Winkelbereich gegenüber der Ofenwand (49) verschwenkbar ist, wobei eine Justiervorrichtung (51) zur Fixierung des Kühlmantels (3) in einer bestimmten Stellung vorgesehen ist. 13. Burner according to one of claims 3 to 12, characterized in that the cooling jacket (3) is provided on its outer circumference with a bearing body (52) which forms part of an articulated bearing (50), by means of which the cooling jacket (3) in an oven wall (49) can be pivoted in an angular range with respect to the oven wall (49), an adjusting device (51) being provided for fixing the cooling jacket (3) in a certain position.
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