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Zyklonmuffel mit zylindrischem Brennraum
Zyklonfeuerungen weisen gegenüber den bisherigen Verbrennungsarten in Schichten und in Schwebe grosse Vorteile auf. Diese Feuerungen sind geeignet, minderwertige körnige, insbesondere grobgemahlene Brennstoffe mit bedeutendem Aschegehalt zu verbrennen. Bei der Verbrennung grobgemah1ener Brennstoffe mit einer Körnung bis 6 mm ermöglichen dieselben die Ausnützung der Relativgeschwindigkeit zwischen den Brennstoffpartikeln und dem Oxydationsmilieu. Bei den nunmehr bekannten Typen dieser Feuerungen werden grosse Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Brennstoff und dem Oxydationsmittel nur bei der Zyklonwand erzielt.
Innerhalb des Verbrennungsraumes wird der Prozess durch diffuse Faktoren gebremst, die feine Brennstoff-Fraktion gelangt infolge der kleinen Masse nicht bis zur Wand der Feuerung, verlässt unausgebrannt die Feuerung und bewirkt im Auskühlungsraum eine Verschlackung der Heizflächen und manchmal auch Beläge auf den Zusatzflächen des Kessels.
Bei den neueren Typen von Zyklonfeuerungen herrscht das Bestreben vor, eine Aufwirbelung des Oxydiermittels innerhalb der Verbrennungskammer durch Wirkung der Luft zu erzielen. Dieses Verfahren ist nicht genug wirksam, da die Luft in den Wirbelstrom durch die Verbrunnungsprodukte getrieben wird, welche eine grössere Viskosität aufweisen, wodurch sein Effekt gestört wird.
Bei den heutigen Zyklonfeuerungstypen ist eine feine Brennstoff-Fraktion sehr erforderlich, u. zw. zur Sicherung einer guten Entflammung, jedoch ist der feingemahlene Brennstoff nicht nur ungeeignet für die Verbrennung in der Zyklonmuffel infolge der vorstehend angeführten Nachteile, sondern auch unrationell vom Standpunkt der Brennstoffaufbereitung (übermässige Mahlarbeit).
Die Zyklonfeuerungen der üblichen bekannten Bauarten bieten keine Möglichkeit der Beherrschung der aerodynamischen Verhältnisse in der Feuerung. Diese Verhältnisse haben jedoch einen sehr wesentlichen und entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad der Feuerung, ihre spezifische Leistung und auf den Verbrennungsprozess. Ferner beeinflussen dieselben das Schmelzen der Achse und ihren kontinuierlichen Abfluss aus der Feuerung.
Die angeführten Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, wobei sich noch weitere Vorteile ergeben, die bei den bisherigen Bauarten von Zyklonfeuerungen nicht gegeben sind und die in der nachfolgenden Beschreibung näher dargelegt werden.
Das Wesen der Erfindung beruht nun darauf, dass bei einer Zyklonmuffel mit zylindrischem Brennraum, in welchen der Brennstoff radial, die Zweitluft tangential einströmt, während die Verbrennunggase die Muffel axial durch eine Stirnwand verlassen, der radiale Gemischstrom von Luft und Brennstoff im Brennraum von einem innerhalb der Muffel an beiden Enden offenen Zylindermantel umgeben ist.
Dieser Zylindermantel ermöglicht das Ansaugen von heissen Verbrennungsprodukten aus dem Brennraum der Muffel.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur Ablenkung des Gemischstromes aus der radialen Richtung in eine Schraubenlinie längs des Muffenmantels gegenüber dem Austrittsende des Zylindermantels im Brennraum eine Ablenkdtise vorgesehen, die zweckmässig um die Achse des Zylindermantels schwenkbar angeordnet ist, wodurch die aerodynamischen Bedingungen in der Feuerung abgeändert werden können.
Die- Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, u. zw. zeigt Fig. l die Muffel in schaubildlicher Darstellung, wobei nicht nur ein Teil der Muffelwand weggebrochen, sondern auch aus dem Zylindermantel und in seinem Mittelbereich ein Teil herausgeschnitten ist. Fig. 2 stellt die schwenkbare Ablenkdüse im Schnitt dar.
Dem Brennraum 8 wird das Gemisch aus körnigem, insbesondere grobgemahlenem Brennstoff und
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Primärluft durch die Rohrleitung 1 radial zu seiner Achse zugeführt. Die Sekundärluft wird durch die Ka- näle 2 zugeführt und gelangt durch die Öffnungen 2a tangential in den Brennraum. In der hinteren Stirn- wand befindet sich die Austrittsöffnung 9 für die Verbrennungsprodukte und die Schlackenausflussöffnung, die in der Zeichnung nicht veranschaulicht ist.
Der Strom des Gemisches von Primärluft und Brennstoff geht durch den Zylinderraum 11 hindurch, der zweckmässig von einem durch ein Bündel paralleler Rohre 3 gebildeten Zylindermantel umschlossen wird. Die vorderen Rohre des Zylindermantels sind abgebogen, um die Rohrgitter 6 bzw. 7 auszubilden, deren Funktion nachstehend beschrieben wird. Die Rohre 3 werden z. B. durch das Kesselspeisewasser ge- kühlt. Ein Teil von ihnen kann jedoch, wie später beschrieben, von Luft durchströmt werden. Das Rohr- bündel 3 bildet also einen Wärmeaustauscher.
Am Ende des Zylinderraumes 11 befindet sich die schwenkbare Ablenkdüse 4, welche den Strom des aus Primärluft und Brennstoff gebildeten Gemisches aus der radialen Richtung gegen die Wand der Feue- rung 8 richtet.
Der Mantel der Brennkammer 8 wird von den Rohren 12 gebildet, welche in Halbkreisform gebogen sind und das KUhlsystem der Feuerung bilden. Die Rohre sind in an sich bekannter Weise mit Dornen ver- sehen und mit keramischer Masse verkleidet. Die Rohre 12 und 3 sind in die auf der Zeichnung nicht veranschaulichten Bewässerungs-und Sammelkammern eingeschaltet und an den Kesselumlauf ange- schlossen.
Das Gemisch von Brennstoff und Tragluft wird vom Brennstoffzubringer durch die Rohrleitung l in die Feuerung geführt. Der strömende Brennstoff und die Tragluft bewirken mit ihrem Ejektionseffekt eine
Zusaugung von Brennprodukten in den Zylinderraum 11. Hier wird der Brennstoff mit den Verbrennung- produkten intensiv durchmischt und frischer Brennstoff wird von den heissen Brennprodukten weit über seinen Zündpunkt erwärmt und gelangt in diesem vorgewärmten Zustand aus der Ablenkdüse 4 durch das
Rohrgitter 6 hindurch in die Brennkammer. Aufgabe dieses Gitters ist es dabei, den vorgewärmten Brenn- stoff gleichmässig zu verteilen und in die in den Zyklon durch die Rohrleitung 2 eingeführte Luft (Sekun- därluft) aufzuwirbeln.
Der Strom der Sekundärluft und brennender Partikel vollführt infolge der Wirkung der Ablenkdüse 4 eine Schraubenbewegung entlang des Zylindermantels der Brennkammer 8. Diese An- ordnung hat die Wirkung, dass die feinen Brennstoff-Fraktionen in der Brennkammer vollkommen verbrennen und erst dann als Verbrennungsprodukt die Austrittsöffnung 9 verlassen.
Der durch das untere Gitter 6 hindurchgegangene vorgewärmte Brennstoff entzündet sich in der Sekundärluft. Ein Teil dieses brennenden Brennstoffes kehrt in den Zylinderraum 11 zurück. Dabei geht der- selbe durch das obere Rohrgitter 7 hindurch, trifft auf die volle hintere Wand des Zylindermantels 11 auf, büsst seine Bewegungsenergie ein und der dynamische Druck wandelt sich in statischen Druck um. Da die Sekundärluft vor der AblenkdUse 4 Unterdruck hervorruft, werden die glühenden Brennprodukte in den Zy- linderraum 11 getrieben.
Der Hauptstrom der Sekundärluft aus den Kanälen 2 tritt durch die Öffnungen 2a in den Verbrennungsraum unter dem unteren Rohrgitter 6 ein. Die Ablenkdüse 4 ist vorteilhaft um die Achse des Zylindermantels 11 schwenkbar angeordnet. Diese Anordnung hat den Zweck, die Feuerung gemäss der Erfin dung für Brennstoffe verschiedener Reaktivität, je nach dem Gehalt an flüchtigem Brennstoff und Asche, anzupassen. Durch Schwenkung der Ablenkdüse 4 ist es möglich, die Richtung des Brennstoffstromes relativ zur hinteren Stirnwand der Brennkammer und damit auch den Schwerpunkt der Verbrennung zu ändern, was einen entsprechenden Einfluss auf die Schmelzung und den Schlackenabfluss ausübt.
Die schwenkbare AblenkdUse 4 hat einen Doppelboden 13 und 14 (s. auch Fig. 2). In den Raum zwischen diesen beiden Böden wird Tertiärluft eingeführt. Diese Luft wird in den erwähnten Raum aus dem Luftvorwärmer, welcher von den Rohren des hinteren Teiles des Zylindermantels 11 gebildet wird, über die Rohrleitung 15 eingeführt und hat die Aufgabe, den Boden 13 zu kühlen und dem vorgewärmten Brennstoff den erforderlichen Sauerstoff zur Zündung zu liefern, ohne dass dadurch der vorgewärmte Brennstoff abgekühlt würde.
Der Mantel der Brennkammer gemäss der Erfindung setzt sich längsweise aus mehreren Sektionen 16, 17 und 18 zusammen. Dies ermöglicht eine Änderung der Länge der Feuerung durch die Herausnahme oder Auswechslung bestimmter Sektionen. In einem solchen Falle können die betreffenden Rohre 3 des Rohrbündels ausgewechselt und durch auf eine andere passende Form abgebogene Rohre ersetzt werden.
Die Zyklonmuffel gemäss der Erfindung weist gegenüber den bereits bekannten und den im Entwicklungsstadium befindlichen Zyklonfeuerungen die folgenden Vorteile auf :
Der Brennstoff wird vor dem Eintritt in die Brennkammer über seine Zündtemperatur vorgewärmt.
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Dadurch wird seine gute Entzündung gewährleistet. Der Brennstoff wird in die Sekundärluft über ein Rohrgitter eingebracht, wodurch seine gleichmässigere Verteilung in den Sekundärluftstrom gesichert wird. Der brennende Brennstoff wird durch die Rohrgitter 6,7 in ständiger Wirbelbewegung gehalten. Dadurch werden die Voraussetzungen für eine diffuse Verbrennung gewährleistet.
Die Rohrgitter 6 und 7 bieten der erfindungsgemässen Vorrichtung einen weiteren Vorteil, indem dieselben aus den Brennprodukten die feine Flugaschenfraktion dadurch beseitigen, dass dieselben an ihrer Oberfläche aufgefangen werden, wodurch die Verschlackung der Heizflächen und die Möglichkeit von Belagbildungen herabgesetzt \\erde n. Bei der Zyklonmuffel gemäss der Erfindung ist die Beherrschung des Brennstoffstromes im unteren Raume durch die Ablenkdüse 4 gewährleistet.
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Zyklonmuffel mit zylindrischem Brennraum, in welchem der Brennstoff radial, die Zweitluft tangential einströmen, während die Verbrennungsgase die Muffel axial durch eine Stirnwand verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Gemischstrom von Luft und Brennstoff Im Brennraum (8) von einem innerhalb der Muffel an beiden Enden offenen Zylindermantel (11) umgeben ist.