DE4311457A1

DE4311457A1 - Rotary kiln burner for fine-grained solid fuel

Info

Publication number: DE4311457A1
Application number: DE19934311457
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Filges
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1994-10-13
Also published as: DK0619458T3; DE59405746D1; EP0619458B1; EP0619458A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ring förmig angeordneten Kanal zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festrennstoff (Kohlenstaub) und mit wenigstens einem konzentrisch dazu an geordneten weiteren Kanal, aus dessen Austrittsdüsen Primärluft mit erhöhter Geschwindigkeit austritt.The invention relates to a burner for a rotary kiln, with a ring shaped channel for the pneumatic transport of fine-grained Solid fuel (coal dust) and with at least one concentric to it ordered further channel, from the outlet nozzles primary air with increased Speed emerges.

Drehofenbrenner dieser Art sind meist als sogenannte Dreikanalbrenner aus gebildet (DE-PS 30 27 587, Fig. 5 und 6), d. h. durch den mittleren Brennerka nal 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 Kohlenstaub brenner wird die radial äußere Primärluft mittels einer Vielzahl einzelner dü senartiger Ausströmöffnungen in viele einzelne Hochgeschwindigkeits-Primär luftstrahlen unterteilt, die in ihrer Umgebung ein Unterdruckgebiet erzeugen, d. h. die vielen Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen dienen als Treibstrah len nach dem Injektorprinzip, durch welches die große Masse der den Dreh ofenbrenner 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 Ze mentrohmehles 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 mostly formed as so-called three-channel burners (DE-PS 30 27 587, Fig. 5 and 6), ie through the central Brennerka channel flows the pneumatically transported coal dust and it exits through an annular gap nozzle, the outflowing coal dust from radial inner as well as radially outer primary air. In the known coal dust burner, the radially outer primary air is divided by means of a large number of individual nozzle-like outflow openings into many individual high-speed primary air jets which generate a negative pressure area in their environment, i.e. the many high-speed primary air jets serve as propellant jets according to the injector principle, by which the Large mass of the practically still hot secondary air surrounding the rotary burner is sucked in from approx. 800 ° C inwards towards 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 is quick in this way and burns completely to form a short hot flame, 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 faster and more complete purposes Intake coal dust combustion.

Bei einem solchen Kohlenstaubbrenner unterliegt die Ringspaltdüse, durch wel che hindurch der abrasive Kohlenstaub pneumatisch gefördert wird, einem be sonderen Verschleiß, insbesondere dann, wenn die Ringspaltdüse konisch aus gebildet ist und nach außen divergiert. Dabei ist ein verschleißgefährdeter Be reich 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 is subject to wel through the abrasive coal dust is conveyed pneumatically, a be special wear, especially when the annular gap nozzle is conical is formed and diverges outwards. There is a wear-prone Be especially the inner conical annular nozzle boundary wall which the coal dust particles with deflecting their flow direction with bounce at high speed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehofenbrenner für feste Brennstoffe wie feinkörnigen Kohlenstaub zu schaffen, mit einer Kohlenstaub düse, die eine lange Standzeit des Brenners gewährleistet.The invention has for its object a rotary kiln burner for fixed Create fuels like fine-grained coal dust with a coal dust nozzle that ensures a long service life of the burner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Kennzeich nungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with the measures of the label solved part of claim 1. Advantageous configurations are in the Subclaims specified.

Beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner besteht der Verschleißeschutz der Kohlenstaub-Ringspaltdüse nicht aus einer Verschleißschutzbeschichtung, die als vergleichsweise dünne Schicht unmittelbar auf die verschleißgefährdete Dü senwandung aufgebracht ist, sondern aus einem in sich steifen hülsenartigen Keramikkörper, der auf einem metallischen Tragkörper lösbar und auswechsel bar 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 Dü senwandung der Ringspaltdüse befestigt. Dabei ist nach einem besonderen Merkmal der Erfindung zwischen dem Keramikkörper und dem metallischen Tragkörper eine flexible Keramikfaserschicht, insbesondere ein Keramikfa servlies angeordnet. Mittels der flexiblen Keramikfaserschicht ist der ver schleißfeste Keramikkörper, der im Vergleich zu einer Verschleißschutzbe schichtung 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 bruch empfindlichen Keramikkörper übertragen. Die Standzeit des z. B. 4 mm dick wandigen hülsenartigen auswechselbaren Keramikkörpers ist so hoch, daß Pro duktionsausfälle des Drehofenbetriebes, bisher erzwungen durch das Auswech seln verschlissener Teile der Kohlenstaub-Ringspaltdüse, ganz vermieden wer den können.In the rotary kiln burner according to the invention there is wear protection Coal dust annular gap nozzle does not have a wear protection coating as a comparatively thin layer directly on the wear-prone nozzle senwandung is applied, but from a rigid sleeve-like Ceramic body that can be detached and replaced on a metallic support body bar is attached. Diverges in the direction of flow of the coal dust suspension seen the solid fuel annular gap nozzle to the outside, is the ceramic body as a ceramic cone on the radially inner nozzle, which is particularly susceptible to wear wall of the annular gap nozzle attached. It is after a special one Feature of the invention between the ceramic body and the metallic Carrier a flexible ceramic fiber layer, in particular a ceramic fa servlies arranged. By means of the flexible ceramic fiber layer, the ver wear-resistant ceramic body, which in comparison to a wear protection Layering can be thick-walled and therefore have a very long service life can be centered and clamped against the metallic support body. The ceramic fiber layer eliminates any thermal expansion forces the metallic support body of the coal dust annular gap nozzle, which during operation of the rotary kiln burner can reach 800 ° C, for example sensitive ceramic body transferred. The service life of the z. B. 4 mm thick walled sleeve-like interchangeable ceramic body is so high that Pro Production failures of the rotary kiln operation, previously enforced by the replacement worn out parts of the coal dust annular gap nozzle, completely avoided that can.

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 based on the in the figures schematically illustrated embodiment.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 einen Axiallängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Dreh ofenbrenner, und Fig. 1 shows an axial longitudinal section through a rotary burner according to the invention, and

Fig. 2 die Einzelheit II der Fig. 1 mit dem Verschleißschutz in ver größerter Darstellung. Fig. 2 shows the detail II of FIG. 1 with the wear protection in a larger 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 diver giert. Konzentrisch um den Kohlenstaubkanal (10) ist ein Ringkanal (13) ange ordnet, 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 Hoch geschwindigkeits-Primärluftstrahlen (14) bzw. Treibstrahlen hoher Geschwin digkeit 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. Concentric around the coal dust channel ( 10 ) is an annular channel ( 13 ) is arranged, through which primary air flows, which at a high speed of z. B. 350 m / s in the form of nozzle jets ( 14 ) from individual arranged around the circumference of the burner orifice burner nozzles ( 15 ) emerges. This high-speed primary air jets ( 14 ) or driving jets of high speed 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 II der Kohlenstaub-Ringspaltdüse (12) gekennzeichnete Be reich ist besonders verschleißgefährdet, weil in diesem Bereich die Kohlen staubpartikel an der radial inneren Begrenzungswandung der Ringspaltdüse (12) aufprallen und von dort nach außen abgelenkt werden. Daher ist, wie insbeson dere 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. Zwi schen dem z. B. 4 mm Wandstärke aufweisenden hülsenartigen Keramikkör per (21) und dem metallischen Tragkörper (22) ist eine z. B. 2 bis 3 mm dicke flexible Keramikfaserschicht (23) angeordnet, bestehend z. B. aus einem Al₂O₃-Faservlies. Vermittels der flexiblen Keramikfaserschicht können keine Kräfte aus der Wärmedehnung des metallischen Tragkörpers (22) auf den bruchempfindlichen, ebenfalls z. B. aus Al₂O₃ bestehenden Keramikkör per (21) übertragen werden, der eine Mohs′sche Härte von größer 9 aufweisen kann. Gleichzeitig sorgt die Keramikfaserschicht (23) dafür, daß der Keramik körper (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) abge wandte Längsabschnitt (22a) eine Ringschulter (24) aufweist, mit der als An schlag 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 II 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 ) a rigid ceramic body ( 21 ) as a ceramic cone on a metallic support body ( 22 ) is detachably and exchangeably attached. Between the z. B. 4 mm wall thickness having sleeve-like ceramic body by ( 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 Al₂O₃ nonwoven fabric. 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 Al₂O₃ existing ceramic body by ( 21 ), which may have a Mohs hardness 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 , 22 a), wherein the annular gap nozzle mouth ( 12 ) facing away longitudinal section ( 22 a) has an annular shoulder ( 24 ) with which the ceramic cone strikes ( 21 ) on its supporting body ( 22/22 a) 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 Begrenzungswan dung dieser Ringspaltdüse (12) zu befestigen.If the coal dust annular gap nozzle ( 12 ) is arranged not diverging outwards but inwards, the ceramic body ( 21 ), which is solid in itself, would not be attached to the radially inner, but conversely to the radially outer limitation wall of this annular gap nozzle ( 12 ).

Es wäre auch möglich, den Ringkanal (18) für die innere Primärluft ganz weg zulassen oder zwischen dem Kohlenstaubkanal (10) und dem äußeren Primär luftkanal (13) anzuordnen.It would also be possible to allow the ring channel ( 18 ) for the inner primary air to be completely removed 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 annularly arranged channel ( 10 ) for the pneumatic transport of fine-grained solid fuel (coal dust) and with at least one concentrically arranged further channel ( 13 ), from the outlet nozzles of which primary air emerges at increased speed, characterized in that that the solid fuel channel ( 10 ) in the area of its solid fuel transport air suspension pension omitting annular gap nozzle ( 12 ) on at least one of the annular gap boundary walls has a wear protection which wel cher consists of a ceramic body ( 21 ) on a Tragkör by ( 22 ) is detachably and exchangeably attached.

2. Burner according to claim 1, characterized in that in the solid fuel annular gap nozzle ( 12 ) when it diverges to the outside, 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 , 22 a), the longitudinal section facing away from the annular gap nozzle mouth ( 22 a) has 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 white tere primary air duct ( 18 ) is arranged radially inside the solid fuel duct ( 10 ), at the mouth of which a swirl generator ( 19 ) is arranged.