NO871975L

NO871975L - BOIL WITH CYCLON BURNER.

Info

Publication number: NO871975L
Application number: NO871975A
Authority: NO
Inventors: Jacob Korenberg; Mark Khinkis
Original assignee: Donlee Techn In
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1987-05-13
Publication date: 1988-05-09
Also published as: AU7269187A; EP0266857A2; MY100885A; FI872037A7; DK235287A; JPS63131903A; DK235287D0; FI872037L; FI872037A0; NZ220266A; NO871975D0; KR880006498A; AU593104B2; EP0266857A3

Description

Oppfinnelsen angår syklonbrennere omfattende et brennkammer med et første kammer med en forende, en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg som er hovedsakelig ukjølt og varmfast fSret, et annet kammer med en forende, en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg, idet den bakre ende av det første kammer står i fluidforbindelse med og ligger hovedsakelig på linje med forenden av den annet kammer, samt organer innrettet til å føre luft og brensel direkte inn i det første kammer og til her å danne en virvlende strømningsbane av varme gasser for forbrenning i dette kammer. The invention relates to cyclone burners comprising a combustion chamber with a first chamber having a front end, a rear end and a substantially cylindrical longitudinal outer wall which is substantially uncooled and heat-resistant, a second chamber having a front end, a rear end and a substantially cylindrical longitudinal outer wall, wherein the rear end of the first chamber is in fluid communication with and lies substantially in line with the front end of the second chamber, as well as means arranged to lead air and fuel directly into the first chamber and to form here a swirling flow path of hot gases for combustion in this chamber.

Tidligere har syklonbrennere vært benyttet til å frembringeIn the past, cyclone burners have been used to produce

en syklon av turbulente gasser i et forbrenningskammer til forbrenning av forskjellige faste materialer, herunder kull av dårlig kvalitet og vegetabilsk avfall. Slike brennere er beskrevet i "Combustion in Swirling Flows: A Review", N. Syred and J. M. Beer, Combustion and Flame, bind 23, pp. 143-201 a cyclone of turbulent gases in a combustion chamber for the combustion of various solid materials, including poor quality coal and vegetable waste. Such burners are described in "Combustion in Swirling Flows: A Review", N. Syred and J. M. Beer, Combustion and Flame, vol. 23, pp. 143-201

(1974). En fluidiseringsskiktkjei med en syklonbrenner er beskrevet i US patentskrift 4 457 289. Det henvises til disse dokumenter. En røkrørskjel med en syklonbrenner har vært markedsført av Cyclotherm Division, Oswego Package Boi ler Co. , Inc. (1974). A fluidizing bed chain with a cyclone burner is described in US patent 4,457,289. Reference is made to these documents. A smoke tube boiler with a cyclone burner has been marketed by the Cyclotherm Division, Oswego Package Boiler Co. , Inc.

Skjønt de skaffer en høy spesifikk varmefrigjøring, harAlthough they provide a high specific heat release, have

kjente adiabatiske syklonbrennere den ulempe at forbrenningstemperaturen er høy og NO^-uts1ippene er høye. Forbrenningen er ustabil ved brenning ved lav kapasitet, og det er ikke mulig med høye hydrodynamiske reguleringsforhold i ikke-adiabatiske brennere. known adiabatic cyclone burners have the disadvantage that the combustion temperature is high and the NO^ emissions are high. Combustion is unstable when burning at low capacity, and it is not possible to have high hydrodynamic control conditions in non-adiabatic burners.

Det hydrodynamiske reguleringsforhold for kjelen er definert som forholdet mellom strømmen av komprimert luft ved maksimal belastning og strømmen ved minimal belastning og er et mål for kjelens evne til å arbeide over et stort område av be-lastninger. Et høyt reguleringsforhold vil tillate et bredt område med hensyn til nivået for dampfrembringe1 se på et bestemt tidspunkt. Et bredt område for dampfrembringe1 se er viktig for å tillate kjelen å reagere så effektivt som mulig på varierende dampbehov. The hydrodynamic regulation ratio for the boiler is defined as the ratio between the flow of compressed air at maximum load and the flow at minimum load and is a measure of the boiler's ability to work over a large range of loads. A high control ratio will allow a wide range with respect to the level of steam generation1 seen at any given time. A wide area for steam generation1 is important to allow the boiler to respond as efficiently as possible to varying steam needs.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en kjel som benytter syklonisk forbrenning og har en meget høy spesifikk varmefrigjøring, lavt luftoverskudd og en relativt lav forbrenningstemperatur ved lave utslipp av CO og N0X. It is a purpose of the invention to provide a boiler that uses cyclonic combustion and has a very high specific heat release, low excess air and a relatively low combustion temperature with low emissions of CO and NOX.

Det er også en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en kjelIt is also an object of the invention to provide a boiler

som benytter syklonforbrenning og som er stabil ved brenning ved lav kapasitet. which uses cyclone combustion and which is stable when burning at low capacity.

Det er enda en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en kjelIt is yet another object of the invention to provide a boiler

som benytter syklonforbrenning og har et høyt reguleringsforhold. which uses cyclone combustion and has a high regulation ratio.

Ytterligere hensikter og fordeler ved oppfinnelsen vil bli angitt i den etterfølgende beskrivelse og tildels være selv-følgelige fra beskrivelsen, eller de vil fremgå ved utførelse av oppfinnelsen. Hensiktene og fordelene med oppfinnelsen kan realiseres og oppnås ved hjelp av de forholdsregler, trekk og kombinasjoner herav som er spesielt anført i kravene. Further purposes and advantages of the invention will be stated in the following description and will partly be self-evident from the description, or they will become apparent when the invention is carried out. The purposes and advantages of the invention can be realized and achieved by means of the precautions, features and combinations thereof which are specifically stated in the claims.

For oppnåelse av disse formål og i samsvar med hensiktenFor the achievement of these purposes and in accordance with the purpose

med oppfinnelsen, slik den kommer til uttrykk i og er generelt beskrevet i fremstillingen, er der skaffet en kjel med en syklonbrenner, omfattende et første kammer med en forende, with the invention, as it is expressed in and is generally described in the preparation, there is provided a boiler with a cyclone burner, comprising a first chamber with a front end,

en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg som er hovedsakelig ukjølt og varmefast foret, et annet kammer med en forende og en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg, idet den bakre ende av det første kammer står i fluidforbindelse med og ligger hovedsakelig på linje med forenden av det annet kammer, organer til å føre luft og brensel direkte inn i det første kammer og til å danne en virvlende strømningsbane av varme gasser for forbrenning inne i det første og det annet kammer, en hovedsakelig sylindrisk, innsnevret åpning som ligger ved a rear end and a substantially cylindrical longitudinal outer wall which is substantially uncooled and heat resistant lined, a second chamber having a front end and a rear end and a substantially cylindrical longitudinal outer wall, the rear end of the first chamber being in fluid communication with and lying substantially in line with the front end of the second chamber, means for feeding air and fuel directly into the first chamber and for forming a swirling flow path of hot gases for combustion within the first and second chambers, a substantially cylindrical, constricted opening which lies by

den bakre ende av det annet kammer og er hovedsakelig konsentrisk med dette til utslipp av varme gasser fra det annet kammer, idet åpningen har en mindre diameter enn innerdiameteren av det annet kammer, og varmevekslerorganer som omgir det annet kammer, til hovedsakelig å avkjøle veggen av det annet kammer uten vesentlig avkjøling av veggen av det første kammer. the rear end of the second chamber and is substantially concentric therewith for the discharge of hot gases from the second chamber, the opening having a smaller diameter than the inner diameter of the second chamber, and heat exchanger means surrounding the second chamber, for substantially cooling the wall of the second chamber without significant cooling of the wall of the first chamber.

Tegningen, som utgjør en del av den foreliggende fremstilling, beskriver foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen og tjener sammen med den foregående generelle beskrivelse og den etterfølgende detaljerte beskrivelse av foretrukne ut-før e 1 sesf o rmer til å forklare prinsippene ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 er et oppriss i snitt gjennom en første utførelsesform for en kjel som inneholder trekkene ifølge den foreliggende oppf inneIse. The drawing, which forms part of the present presentation, describes preferred embodiments of the invention and serves, together with the preceding general description and the following detailed description of preferred embodiments, to explain the principles of the invention. Fig. 1 is an elevation in section through a first embodiment of a boiler which contains the features according to the present invention.

Fig. 2 er et enderiss av kjelen på fig. 1.Fig. 2 is an end view of the boiler in fig. 1.

Fig. 3 er et tverrsnitt etter linjen 3-3 på fig. 1.Fig. 3 is a cross-section along the line 3-3 in fig. 1.

Fig. 4 er et tverrsnitt etter linjen 4-4 på fig. 1.Fig. 4 is a cross-section along the line 4-4 in fig. 1.

Det vil nå i detalj bli henvist til den foretrukne utførelses-form av oppfinnelsen, slik den er vist på tegningen. Reference will now be made in detail to the preferred embodiment of the invention, as shown in the drawing.

I henhold til oppfinnelsen er der skaffet en kjel med en syklonbrenner, omfattende et første kammer med en forende, According to the invention, a boiler with a cyclone burner has been provided, comprising a first chamber with a front end,

en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg som er hovedsakelig ukjølt og varmefast foret, et annet kammer med en forende, en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg, idet den bakre ende av det første kammer står i fluidforbindelse med og ligger hovedsakelig på linje med forenden av det annet kammer, organer til å føre luft og brensel direkte inn i det første a rear end and a substantially cylindrical longitudinal outer wall which is substantially uncooled and heat resistant lined, a second chamber having a front end, a rear end and a substantially cylindrical longitudinal outer wall, the rear end of the first chamber being in fluid communication with and lying substantially in line with the front end of the second chamber, means for feeding air and fuel directly into the first

kammer og til å danne en virvlende strømningsbane av varme gasser for forbrenning inne i det første og det annet kammer, en hovedsakelig rund, innsnevret åpning som ligger ved den bakre ende av det annet kammer og er hovedsakelig konsentrisk med dette, til utslipp av varme gasser fra det annet kammer, idet åpningen har en mindre diameter enn innerdiameter av det annet kammer, og varmevekslerorganer som omgir bare det annet kammer, til hovedsakelig å avkjøle veggen av det annet kammer uten vesentlig avkjøling av veggen av det første kammer. chamber and to form a swirling flow path of hot gases for combustion within the first and second chambers, a substantially round, narrowed opening located at the rear end of the second chamber and substantially concentric therewith, for discharge of hot gases from the second chamber, the opening having a smaller diameter than the inner diameter of the second chamber, and heat exchanger means surrounding only the second chamber, to mainly cool the wall of the second chamber without substantially cooling the wall of the first chamber.

Fig. 1 viser en horisontalt anbragt røkrørskjel med en syklonbrenner i henhold til en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen. Brenneren innbefatter et midtre kjelerør som også er kjent som et Morison-rør, med et forbrenningskammer eller -rom 21 som utgjøres av et første kammer 22 og et annet kammer 24. Det første kammer innbefatter en forende 26, en bakre ende 28 og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg Fig. 1 shows a horizontally placed smoke tube boiler with a cyclone burner according to a preferred embodiment of the invention. The burner includes a central boiler tube, also known as a Morison tube, with a combustion chamber or chamber 21 consisting of a first chamber 22 and a second chamber 24. The first chamber includes a front end 26, a rear end 28 and a mainly cylindrical, longitudinal outer wall

30 som er hovedsakelig ukjølt og varmefast foret.30 which is mainly uncooled and heat-resistant lined.

Det annet kammer 24 har en forende 32, en bakre ende 34 ogThe second chamber 24 has a front end 32, a rear end 34 and

en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg 36 som fortrinnsvis er utført av metall. Den bakre ende 28 av det første kammer 2 2 og forenden 3 2 av det annet kammer 24 står i fluidforbindelse med og ligger på linje med hinannen. a mainly cylindrical, longitudinal outer wall 36 which is preferably made of metal. The rear end 28 of the first chamber 2 2 and the front end 3 2 of the second chamber 24 are in fluid communication with and lie in line with each other.

Organer til å føre luft og brensel direkte inn i det første kammer 22, f.eks. et tilførsels- eller et fordelingskammer 38, og tangensiale dyser 40 skaffer en virvlende strømnings-bane av varme gasser inne i det reaksjonskammer som dannes av det første kammer 22 og det annet kammer 24. Brenselet, Means for feeding air and fuel directly into the first chamber 22, e.g. a supply or distribution chamber 38, and tangential nozzles 40 provide a swirling flow path of hot gases inside the reaction chamber formed by the first chamber 22 and the second chamber 24. The fuel,

som fortrinnsvis er væske- eller gassformet, føres tangen-sialt inn gjennom dyser 43, men kan isteden eller alternativt føres inn i det første kammer 22 radialt gjennom en dyse 41. En hovedsakelig sylindrisk, innsnevret utløpsåpning 42 which is preferably liquid or gaseous, is introduced tangentially through nozzles 43, but can instead or alternatively be introduced into the first chamber 22 radially through a nozzle 41. A mainly cylindrical, narrowed outlet opening 42

er anordnet ved den bakre ende 34 av det annet kammer 24 og står konsentrisk på linje med dette kammer 24, slik at utløps- is arranged at the rear end 34 of the second chamber 24 and stands concentrically in line with this chamber 24, so that the outlet

åpningen har en mindre diameter enn innerdiameteren av det annet kammer 24. I den viste utførelse mater en kilde for trykkluft, f.eks. en vifte (ikke vist), luft fra samle- the opening has a smaller diameter than the inner diameter of the second chamber 24. In the embodiment shown, a source of compressed air, e.g. a fan (not shown), air from collecting

eller forde 1ingskammeret 38 gjennom dysene 40 inn i det første kammer 22. or feed the 1ing chamber 38 through the nozzles 40 into the first chamber 22.

I henhold til oppfinnelsen er det avgjørende at tverrsnittsarealet for de tangensiale luftdyser 40 og de geometriske egenskaper av det første kammer 22 og det annet kammer 24 According to the invention, it is crucial that the cross-sectional area of the tangential air nozzles 40 and the geometric properties of the first chamber 22 and the second chamber 24

er innrettet til å skaffe et Swirl-tall (S) på minst 0,6 og et Reynolds-tal1 (Re) på minst 18 000, noe som er nødvendig for å skape en virvel med turbulens i det første kammer 22 is arranged to provide a Swirl number (S) of at least 0.6 and a Reynolds number1 (Re) of at least 18,000, which is necessary to create a vortex of turbulence in the first chamber 22

og det annet kammer 24 når der arbeides ved maksimal kapasitet. På den annen side må Swirl-tallet og Reynolds-tallet ved maksimal kapasitet ikke overskride slike verdier som ville føre til et uakseptabelt trykkfall gjennom de tangensiale luftdyser 40 og forbrenningskammeret som utgjøres av det første kammer 22 og det annet kammer 24. and the other chamber 24 when working at maximum capacity. On the other hand, the Swirl number and the Reynolds number at maximum capacity must not exceed such values as would lead to an unacceptable pressure drop through the tangential air nozzles 40 and the combustion chamber formed by the first chamber 22 and the second chamber 24.

Det er virvelen av turbulens som gjør det mulig å oppnå f rigjøringsverdier for spesifikk varme på opp til og over It is the vortex of turbulence that makes it possible to achieve specific heat release values of up to and above

63 63

3,5 x 10 kcal/m «h og NOx-konsentras joner i røkgassene på3.5 x 10 kcal/m «h and NOx concentrations in the flue gases of

ca. 60-120 ppm og ca. 120-180 ppm ved forbrenning av henholds-vis naturgass og lett brenselolje. Den innsnevrede utløps-åpning 42 og det indre av det annet kammer 24 må ha visse geometriske egenskaper sammen med tverrsnittsarealet av de tangensiale luftdyser i det første kammer 22 for å skaffe de nødvendige Swirl-tall og Reynolds-tal1. about. 60-120 ppm and approx. 120-180 ppm when burning natural gas and light fuel oil respectively. The narrowed outlet opening 42 and the interior of the second chamber 24 must have certain geometrical characteristics together with the cross-sectional area of the tangential air nozzles in the first chamber 22 to provide the necessary Swirl numbers and Reynolds numbers1.

Alle de ovenfor nevnte trekk vil bli nærmere forklart neden-for, og de er generelt diskutert i den ovenfor nevnte artikkel av Syred og Beer, og i de henvisninger som er gjort i denne artikkel, og som det også henvises til her. All the above-mentioned features will be explained in more detail below, and they are generally discussed in the above-mentioned article by Syred and Beer, and in the references made in this article, which are also referred to here.

Hvis forbrenningskammeret 21 omfattende det først kammer 22If the combustion chamber 21 comprises the first chamber 22

og det annet kammer 24 blir utført og drevet slik at der fås and the second chamber 24 is made and operated so that there is obtained

et Swirl-tall på minst 0,6 og et Reynolds-tal1 på minsta Swirl number of at least 0.6 and a Reynolds number1 of at least

18 000 i forbrenningskammeret, samtidig som forholdet mellom diameteren av ut 1øpsåpningen 42 (De) og diameteren av inner-veggen av det annet kammer 24 (Do), dvs. De/Do som i det etterfølgende vil bli kalt X, ligger i området fra 0,4 til 0,7, vil det første og det annet kammer under drift oppvise store innvendige tilbakestrømningssoner under dannelse av så meget som tre konsentriske toroidale res irkulasjonssoner. Slike resirkulasjonssoner er generelt kjent på området for vanlige syklonbrennere. Dette koblet sammen med det høye nivå for turbulens medfører vesentlig forbedret varmeut-veksling og dermed en relativt jevn temperatur gjennom for-brenningskamrene 22 og 24. 18,000 in the combustion chamber, while the ratio between the diameter of the outlet opening 42 (De) and the diameter of the inner wall of the second chamber 24 (Do), i.e. De/Do which will be called X in the following, is in the range from 0.4 to 0.7, the first and second chambers during operation will exhibit large internal reflow zones forming as many as three concentric toroidal recirculation zones. Such recirculation zones are generally known in the art for conventional cyclone burners. This coupled with the high level of turbulence results in significantly improved heat exchange and thus a relatively uniform temperature through the combustion chambers 22 and 24.

Verdien av forholdet X ligger fortrinnsvis i området 0,4-0,7, samtidig som trykkfallet avtar gjennom forbrenningskammeret og Swirl-tallet øker etter hvert som X øker. Høyere verdier av X foretrekkes. For verdier av X på over 0,7 blir imidlertid de indre tilbakestrømningssoner ikke tilstrekkelig dannet. The value of the ratio X is preferably in the range 0.4-0.7, at the same time that the pressure drop decreases through the combustion chamber and the Swirl number increases as X increases. Higher values of X are preferred. However, for values of X above 0.7, the inner reflux zones are not sufficiently formed.

Varmevekslerorganer omgir det annet kammer 24 for vesentlig avkjøling av veggene 36 av det annet kammer 24 uten vesentlig kjøling av veggene 30 av det første kammer 22. Varmevekslerorganene innbefatter fortrinnsvis en ytre kjelemantel 48, gassrør 50 som er anordnet mellom denne mantel 48 og Morison-røret 54 og tjener til å føre varme gasser fra det annet kammer 24, og et rom 52 inne i mantelen 48 utenfor gassrørene 50 og det annet kammer 24 til å føre vann som er oppvarmet av de oppvarmede gasser i det annet kammer 24 og i gassrørene 50, alt på vanlig kjent måte. Heat exchanger means surround the second chamber 24 for substantial cooling of the walls 36 of the second chamber 24 without substantially cooling the walls 30 of the first chamber 22. The heat exchanger means preferably include an outer boiler jacket 48, gas pipe 50 which is arranged between this jacket 48 and the Morison pipe 54 and serves to conduct hot gases from the second chamber 24, and a space 52 inside the mantle 48 outside the gas pipes 50 and the second chamber 24 to conduct water that is heated by the heated gases in the second chamber 24 and in the gas pipes 50 , all in the usual way.

Stabil forbrenning, selv ved lav kjelekapasitet, oppnås vedStable combustion, even at low boiler capacity, is achieved with

at veggene av det første kammer 22 hvor luften og brenselet injiseres, ikke er avkjølt, idet bare veggene av det annet kammer 24 avkjøles. Denne stabile forbrenning tillater oppnåelse av høye reguleringsforhold. Som et resultat av denne utførelse kan f.eks. reguleringsforholdet økes fra 4:1 opp that the walls of the first chamber 22, where the air and fuel are injected, are not cooled, as only the walls of the second chamber 24 are cooled. This stable combustion allows the achievement of high control conditions. As a result of this embodiment, e.g. the regulation ratio is increased from 4:1 upwards

til og endog høyere enn 10:1. Luftoverskuddet kan reduseres fra 25-30% til 5% og holdes konstant ved 5% over det høye reguleringsforhold på 10:1. Flammetemperaturen kan reduseres til 1100°C og lavere, i motsetning til ca. 1600aC for konven-sjonelle røkrørskjeier. Utslippet av NOxer derfor lavere enn i vanlige brenner/kjel-enheter som følge av lavere flamme-temperatur og lavere luftoverskudd. to and even higher than 10:1. The excess air can be reduced from 25-30% to 5% and kept constant at 5% above the high regulation ratio of 10:1. The flame temperature can be reduced to 1100°C and lower, in contrast to approx. 1600aC for conventional flue boilers. The emission of NOx is therefore lower than in normal burner/boiler units as a result of lower flame temperature and lower excess air.

Det sentrale kjelerør innbefatter fortrinnsvis et sylindrisk rør 54 som ligger på linje med og henger sammen med veggen 36 av det annet kammer 24. Varme gasser fra det annet kammer 24 passerer gjennom ut 1øpsåpningen 42 inn i det sylindriske rør 54. The central boiler tube preferably includes a cylindrical tube 54 which is aligned with and connected to the wall 36 of the second chamber 24. Hot gases from the second chamber 24 pass through the outlet opening 42 into the cylindrical tube 54.

Varmevekslerorganene innbefatter også fortrinnsvis organer såsom et bakre rom 56 til å rette strømmen av varme gasser som kommer ut fra det sylindriske rør 54 fra det annet kammer 24, mot et første, på forhånd fastlagt sett av gassrør 50, f.eks. de i det nedre område av fig. 1 og et fremre rom 58 til å rette varme gasser fra det første sett av gassrør 50 til et annet sett av gassrør 50 i det øvre parti av fig. 1 The heat exchanger means also preferably include means such as a rear chamber 56 to direct the flow of hot gases emerging from the cylindrical tube 54 from the second chamber 24 towards a first, predetermined set of gas tubes 50, e.g. those in the lower area of fig. 1 and a front chamber 58 for directing hot gases from the first set of gas pipes 50 to a second set of gas pipes 50 in the upper part of fig. 1

i motsatt retning. Dette er vist ved piler som indikerer gasstrømning og er vanlig kjent i forbindelse med røkrørs-kjeier. in the opposite direction. This is shown by arrows that indicate gas flow and is commonly known in connection with smoke pipe wharves.

Som vist på fig. 3 innbefatter organene til tilførsel avAs shown in fig. 3 includes the organs for supply of

luft og brensel fortrinnsvis separate ledninger for tilførsel av luft og brensel hver for seg direkte inn i det første kammer 22 og blanding og forbrenning i det første og det annet kammer 22 og 24. air and fuel preferably separate lines for supplying air and fuel separately directly into the first chamber 22 and mixing and combustion in the first and second chambers 22 and 24.

Forholdet mellom lengdene av det første og det annet kammer 22, 24 påvirker forbrenningstemperaturen i forbrenningskammeret 21. Med avtagende lengde av det første kammer 22 i forhold til lengden av det annet kammer 24 avtar vanligvis forbrenningstemperaturen. Det nevnte forhold er viktig, da en reduksjon av forbrenningstemperaturen reduserer dannelsen av N0X. Dette forhold for naturgass og brenselolje er vanligvis lavere enn 1,5 for en lavkapasitetsbrenner og kan bli mindre en 0,5 for en brenner med meget høy kapasitet. Det foretrekkes at lengdeforholdet mellom det første og det annet kammer ligger hovedsakelig i området fra 0,2:1 til 1,5:1. Av denne grunn kan forbrenningstemperaturen være lavere enn 1100-1200 oC selv for høykapasitetsforbrenning. The ratio between the lengths of the first and second chambers 22, 24 affects the combustion temperature in the combustion chamber 21. As the length of the first chamber 22 decreases in relation to the length of the second chamber 24, the combustion temperature usually decreases. The aforementioned ratio is important, as a reduction of the combustion temperature reduces the formation of NOX. This ratio for natural gas and fuel oil is usually lower than 1.5 for a low capacity burner and can be less than 0.5 for a very high capacity burner. It is preferred that the length ratio between the first and the second chamber lies mainly in the range from 0.2:1 to 1.5:1. For this reason, the combustion temperature can be lower than 1100-1200 oC even for high capacity combustion.

For å hindre skade på metallveggen 36 av det annet kammerTo prevent damage to the metal wall 36 of the second chamber

24 som følge av for sterk oppvarming er forenden 32 av veggen 24 as a result of excessive heating, the front end 32 of the wall

36 foret med et ildfast materiale 60.36 lined with a refractory material 60.

Skjønt det foretrekkes at den ovenfor beskrevne syklonbrenner anbringes i et kjelsystem, er det meningen at den kan benyttes til forbrennings- og reaksjonsformål uten noe vesentlig kjelapparat. En slik syklonbrenner omfatter et første kammer med en forende, en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg som er hovedsakelig ukjølt og varmefast foret, et annet kammer med en forende, en bakre ende og en hovedsakelig sylindrisk, langsgående yttervegg, idet den bakre ende av det første kammer står i fluidforbindelse med og ligger hovedsakelig på linje med forenden av det annet kammer, organer til å føre luft og brensel direkte inn i det første kammer og til å danne en virvlende strømningsbane inne i det første og det annet kammer, en hovedsakelig sylindrisk innsnevret utløpsåpning som ligger ved den bakre ende av det annet kammer og er hovedsakelig konsentrisk med dette, idet ut 1øpsåpningen har en mindre diameter enn innerdiameteren av det annet kammer, og organer til vesentlig kjøling av veggen av det annet kammer uten vesentlig kjøling av veggen av det første kammer. Although it is preferred that the cyclone burner described above is placed in a boiler system, it is intended that it can be used for combustion and reaction purposes without any significant boiler apparatus. Such a cyclone burner comprises a first chamber with a front end, a rear end and a substantially cylindrical, longitudinal outer wall which is substantially uncooled and heat-resistant lined, a second chamber with a front end, a rear end and a substantially cylindrical, longitudinal outer wall, the rear end of the first chamber is in fluid communication with and substantially aligned with the front end of the second chamber, means for feeding air and fuel directly into the first chamber and for forming a swirling flow path within the first and second chambers, a substantially cylindrical narrowed outlet opening located at the rear end of the second chamber and substantially concentric therewith, the outlet opening having a smaller diameter than the inner diameter of the second chamber, and means for substantial cooling of the wall of the second chamber without substantial cooling of the wall of the first chamber.

Ytterligere fordeler og modifikasjoner vil lett fremgå for fagfolk. Generelt er oppfinnelsen derfor ikke begrenset til de spesielle detaljer, representative apparater og illu-strerende eksempler som er vist og beskrevet. Man kan derfor avvike fra slike detaljer uten å avvike fra kjernen i eller området for den generelle oppfinne1 ses tanke. Additional advantages and modifications will be readily apparent to those skilled in the art. In general, the invention is therefore not limited to the particular details, representative devices and illustrative examples shown and described. One can therefore deviate from such details without deviating from the core or area of the general inventor's thought.

Claims

1. Cyclone burner, comprising: a combustion chamber (21) with a first chamber (22) having a front end (26), a rear end (28) and a substantially cylindrical, longitudinal outer wall (30) which is substantially uncooled and heat-resistant, a second chamber (24) having a front end (32), a rear end (34) and a substantially cylindrical longitudinal outer wall (36), the rear end of the first chamber being in fluid communication with and substantially aligned with the front end ( 32) of the second chamber (24), as well as organs (40,43) arranged to lead air and fuel directly into the first chamber (22) and to form here a swirling flow path of hot gases for combustion in this chamber , characterized by a mainly cylindrical, narrowed outlet opening (42) which is arranged at the rear end (34) of the second chamber (24) and which runs mainly concentrically with this, for the discharge of hot gases from the second chamber (24), as the outlet opening (42) has a smaller diameter (De) than the inner diameter (Do) of the second chamber (24), and heat exchanger means (50) for mainly cooling the wall of the second chamber (24) without substantially cooling the wall of the first chamber (22), the means (40, 43) together with the outlet opening (42) also form a swirling flow path of hot gases for combustion in the second chamber (24).

2. Cyclone burner as stated in claim 1, characterized in that it includes a mainly cylindrical tube (54) which extends from the rear end of the second chamber (24) and lies in line with the second chamber.

3. Cyclone burner as set forth in claim 1, characterized in that the supply means include means (40,43) to separately feed air and fuel directly into the first chamber (22) and to mix and burn them in the first and the other chamber.

4. Cyclone burner as stated in claim 3, characterized in that the air supply means (40) and the fuel supply means (43) are concentric nozzles for tangential injection of air and fuel into the first chamber.

5. Cyclone burner as stated in claim 1, characterized in that the ratio between the length of the first and the second chamber lies in the range from 0.2:1 to 1.5:1.

6. Cyclone burner as specified in claim 1, characterized in that the front end (32) of the outer wall (36) of the second chamber (24) is lined with heat-resistant material.

7. Cyclone burner as stated in one of the preceding claims, characterized in that the second chamber includes at least a part of the boiler flue pipe, and the heat exchanger elements surround the second chamber and include an outer jacket (48), gas pipe (50) between the outer jacket and the second chamber (24) to conduct hot gases from the second chamber, and space (52) inside the mantle (48) outside the gas pipes and the second chamber to conduct water that is heated by the hot gases in the second chamber ( 48) and the gas pipes (50).

8. Cyclone burner as stated in claim 7, characterized in that the heat exchanger means include means (56,58) for directing the flow of hot gases from the second chamber through a predetermined set of gas pipes (50) and back through another predetermined set of gas pipes.

9. Cyclone burner as stated in claim 7, characterized in that it includes a mainly cylindrical tube (54) which extends from the rear end of the second chamber (24) and is mainly in line with this.

10. Cyclone burner as stated in claim 9, characterized in that the boiler tube (48) comprises the second chamber (24) and the mainly cylindrical tube (54), and that the heat exchanger members (56,58) include members for directing the flow of hot gases from the cylindrical pipe through the gas pipes.

11. Cyclone burner as stated in claim 7, characterized in that the gas pipes (50) extend in the longitudinal direction parallel to the second chamber (24).

12. Cyclone burner as specified in one of the preceding claims, characterized in that the swirling flow path has a Swirl number of at least 0.6 and a Reynolds number of at least 18,000 at maximum cooling capacity.

13. Cyclone burner as stated in one of the preceding claims, characterized in that the ratio between the diameter (De) of the narrowed outlet opening and the diameter (Do) of the inner surface of the second chamber is in the range between 0.4 and 0.7.