AT403618B

AT403618B - Brenner, insbesondere strahlbrenner, zum verbrennen von staubförmigem brennstoff, insbesondere staubförmiger kohle, und einem brennbaren fluid

Info

Publication number: AT403618B
Application number: AT0041296A
Authority: AT
Original assignee: Evt Energie & Verfahrenstech
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 1998-04-27
Also published as: DE19514615A1; DE19514615C2; JP2787670B2; KR100240135B1; JPH08296822A; ATA41296A; KR960038236A

Description

AT 403 618 B

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere Strahlbrenner, zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und einem brennbaren Fluid.

Derartige Brenner werden insbesondere bei Dampferzeugern eingesetzt, deren Brennkammern mit staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und mit einem brennbaren Fluid, z. B. Öl oder Gas, befeuert werden und deren Brenner in mehreren Ebenen und derart angeordnet sind, daß sie als Tangentialfeuerung verwendet werden. Ein derartiger Brenner ist durch die Literaturstelle „Kraftwerkstechnik, Absatz 4.3.2.2.4 Brenner, Seiten 130 - 134", Verfasser Karl Strauß, Springer-Verlag, Ausgabe 1994 bekannt geworden.

Bei einem derartigen Brenner, bei dem bei Vorhandensein einer Kohlenstaubdüse bevorzugt nur die Unterluftdüse mit mindestens einer Brennerlanze und bei Vorhandensein zweier oder mehrerer Kohlenstaubdüsen bevorzugt die Unterluft- und die Oberluftdüse mit jeweils mindestens einer Brennerlanze ausgestattet ist, weist die Unterluft- und ggf. auch die Oberluftdüse ein festsitzendes Kemluftrohr mit am Austrittsende angeordneter Stauscheibe und eine zentrisch angeordnete Ölbrennerlanze mit darauf aufgesetzter Dralleinrichtung auf, mittels denen Brennstoff und Kernluft für den Ölbetrieb des Brenners bereitgestellt wird. Das Kemluftrohr wird konzentrisch von einer Sekundärluftdüse umgeben, die Sekundärluft für den Kohlebetrieb des Brenners bereitstellt. Die Unterluft- und ggf. Oberluftdüse kann neben der Ölbrennerlanze auch mit Gasbrennertanzen für Gasbetrieb des Brenners ausgerüstet sein.

Durch AT 40 457 T ist ein Stützbrenner (Unterhaltungsbrenner) mit einem verschiebbaren Rohr für die Aufgabe eines festen Brennstoffes bekannt geworden, der innerhalb eines Kohlenstaub-Rundbrenners angeordnet ist und seinerseits mit Kohlenstaub arbeitet. Ziel dieses Stützbrenners ist es, bei schwacher Beaufschlagung des Leistungsbrenners, und damit schlechter Flammenqualität, die Flamme des Hauptbrenners zu stabilisieren. Der beschriebene Stützbrenner verwendet hierzu nicht Öl oder Gas, sondern Kohlenstaub in höherer Konzentration.

Die Verschiebbarkeit der Zünd- und Stützbrennereinrichtung zielt dabei darauf hin, die Länge der Vormischkammer für den festen Brennstoff und den ersten Teil des sauerstoffhaltigen Sekundärgases zwischen dem Ende dieser Leitung und dem Eingang des Arbeitsloches des Stützbrenners zu regeln.

Durch GB 947 621 A ist ein „Combined Jet and Bumer” zur Verwendung von Metallbehandlung bekannt geworden. Diese Vorrichtung besitzt einen zylindrischen Körper, der an einem Ende als Düsenblock abschließt und mittig eine konvergent-divergente Bohrung und eine Vielzahl von Öffnungen, die kreisförmig um die mittlere Bohrung angeordnet sind, besitzt. Innerhalb des zylindrischen Körpers ist eine bewegliche Düse für die Bereitstellung des flüssigen Brennstoffes angeordnet. Durch das Verschieben der Brennstoffdüse wird entweder im zurückgeschobenen Zustand nur Sauerstoff oder sauerstoffangereichertes Gas als Jet (Strahl) durch die mittlere Bohrung des zylindrischen Körpers ausgetragen oder im vorgeschobenen Zustand der herangeführte Sauerstoff oder das sauerstoffangereicherte Gas durch den engen Spalt im konvergierenden Teil gepreßt und dadurch der flüssige Brennstoff zerstäubt und nach Verfassen der mittleren Bohrung des zylindrischen Körpers verbrannt (Brennerfunktion).

Durch EP 653 591 bzw. WO 94/29645 A1 ist ein axial verschiebbarer Brenner zur Erzeugung einer fangen Flamme bekannt geworden. Oer Brenner weist eine für die Verbrennung von flüssigen Brennstoffen geeignete, nicht verschiebbare Brennstofflanze sowie einen Impeller auf.

Durch DE 43 23 300 ist eine Mischvorrichtung für einen Brenner bekannt geworden. Die Mischvorrichtung enthält eine Luftzuführeinheit mit einer Luftleitplatte (Stauscheibe) und einem Rohr, das an einem Ende durch die Stauscheibe abgeschlossen und am anderen Ende mit einer nicht gezeigten Frischluftquelle verbunden ist, so daß ein Luftkanal entsteht. Die Staubscheibe bzw. Luftleitplatte ist am Rand mit dem Rohr verbunden. Im Luftkanal ist eine Brennstoffleitung mit einer Brennerdüse angeordnet, die auf ein Zentrumsloch in der feststehenden Stauscheibe ausgerichtet ist.

Bei der Unteriuft- und ggf. Oberluftdüse des oben aufgezeigten Brenners hat sich als nachteilig gezeigt, daß bei Kohlebetrieb der als Ringstrahl austretende Sekundärluftstrahl, bedingt durch das feststehende Kernluftrohr, nicht tief genug in den Feuerraum eindringt und infolgedessen kein optimaler Mischeffekt von Kohle und Sekundärluft zur Erzielung einer größtmöglichen NOx-armen Verbrennung erreicht wird. Desweiteren ist die Konstruktion der Unterluft- und ggf. Oberluftdüse des bekannten Brenners mit Öl- und ggf. Gasbrennergeschränk aufwendig und von großem Ausmaß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner so zu gestalten, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Lösung weist die nachfolgenden Vorteile auf: 1. Große Eindringtiefe und dadurch bessere Vermischung des Sekundärluftstrahles mit dem Kohlenstaubstrahl bei Kohlefeuer durch freien, weil durch keine Einbauten behinderten, Austrittsquerschnitt der 2 ΑΤ 403 618 Β

Sekundärluftdüse der Brenner-Unterluft - und ggf. Brenner-Oberluftdüse. 2. durch kompakte Bauweise ergibt sich eine einfachere und kostengünstigere Konstruktion der Unterluft-und ggf. der Oberluftdüse des Brenners sowie 3. kleinere Abmessungen der Unterluft- und ggf. der Oberluftdüse des Brenners.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 Einen vertikalen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Brenner nach einem Stand der Technik bei Kohlefeuerbetrieb,

Fig. 2 Ansicht A gemäß Fig. 1,

Fig. 3 wie Fig. 1, jedoch bei ölfeuerbetrieb,

Fig. 4 Ansicht A gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vertikalen Längsschnittes durch einen erfindungsgemä-ßen Brenner bei Kohlefeuerbetrieb,

Fig. 6 Ansicht A gemäß Fig. 5,

Fig. 7 wie Fig. 5, jedoch bei Ölfeuerbetrieb,

Fig. 8 Ansicht A gemäß Fig. 7,

Fig. 9 wie Fig. 5, jedoch alternative Ausführung,

Fig. 10 Ansicht A gemäß Fig. 9,

Fig. 11 wie Fig. 5, jedoch alternative Ausführung,

Fig. 12 Ansicht A gemäß Fig. 11,

Fig. 13 detaillierter Längsschnitt einer Unterluft- und ggf. Oberluftdüse eines erfindungsgemäßen Brenners.

Fig. 1 bis 4 zeigt einen Brenner 1, der mit vertikal angeordneten Parallelstrom-Strahldüsen ausgebildet ist, zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und von einem brennbaren Fluid, insbesondere Öl, wie er bei Feuerungen, insbesondere Tangentialfeuerungen, in Dampferzeugern nach einem Stand der Technik eingesetzt wird. Bei Betrieb mit Kohlefeuer (Fig. 1) wird Kohlenstaub, z.B. Steinkohle- oder Trockenbraunkohlenstaub und Trag- bzw. Primärluft durch die Kohlenstaubdüse 3 in die Brennkammer 2, die von der Brennkammerwand 14 begrenzt wird, eingetragen. Die Verbrennung des Kohlenstaubs wird mit Hilfe der Umluft, die durch die die Kohlenstaubdüse 3 umhüllende Umluftdüse 4 und der Sekundärluft, die als Ringstrahl durch den freien Querschnitt zwischen Kemiuftrohr und der Sekundärluftdüse 12 der Oberluftdüse 5 und der Unterluftdüse 7 sowie als freier Strahl durch die Zwischenluftdüse 6 eingetragen wird, erreicht.

Bei Betrieb mit Ölfeuer (Fig. 3), das beim Anfahren des Dampferzeugers sowie bei Nichtverfügbarkeit einer nicht dargestellten Kohlemühle zum Einsatz kommt, wird Öl und Kernluft durch die Brennerlanze 8 und das feststehende Kernluftrohr 9 sowie Sekundärluft als Ringstrahl durch den freien Querschnitt zwischen Kernluftrohr 9 und der Sekundärluftdüse 12 in die Brennkammer 2 aufgegeben und verbrannt. Der Durchtrittsquerschnitt des Sekundärluftstrahles wird dabei zusätzlich durch die Stauscheibe 20, die am Austritt des Kernluftrohres 9 angeordnet ist, und deren Außendurchmesser den des Kernluftrohres 9 ü betragt, verringert.

Fig. 1 und 3 zeigen schematisch die Austrittsstrahlen der jeweiligen Düsen in die Brennkammer 2. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Sekundärluft-Ringstrahl aus der Sekundärluftdüse 12, bedingt durch das feststehende Kernluftrohr 9, ein ungünstiges Verhalten mit schlechter Eindringtiefe in den Feuerraum zeigt und somit eine optimale NOx-arme Verbrennung nicht erzielt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner 1 gemäß Fig. 5 bis 13, dessen Verwendung der des Brenners 1 gemäß Fig. 1 bis 4 entspricht, ist die Unterluftdüse 7 und ggf. Oberluftdüse 5 mit Ölbrennerlanze 8 so ausgebildet, daß die von einem Hüllrohr 10 unmittelbar umgebene Ölbrennerlanze 8 konzentrisch von der Sekundärluftdüse 12 umhüllt ist, deren Austritt 15 zylindrisch, der sich daran anschließende, stromaufwärts gelegene Abschnitt 16 sich konisch erweitert und der sich daran anschließende, stromaufwärts gelegene Abschnitt 17 zylindrisch verläuft, d. h. die Sekundärluftdüse 12 düsenartig ausgebildet ist. Die Ölbrennerlanze 8 wird zusammen mit dem Hüllrohr 10 und der darauf aufgesetzten Dralleinrichtung 11 in eine Position axial verschoben bzw. zurückgezogen, bei der das austrittsseitige Ende der Brennerlanze 8 im wesentlichen mit dem Ende des erweiterten, konischen Düsenabschnittes 16 übereinstimmt und die Dralleinrichtung 11 im erweiterten, zylindrischen Düsenabschnitt 17 zu liegen kommt. Durch die zurückgezogene Ölbrennerlan-z'e 8, Hüllrohr 10 und Dralleinrichtung 11 wird durch den freien Austrittsquerschnitt der Sekundärluftdüse 12 ein ungestört austretender Sekundärluftstrahl erzielt. Ferner ist der Druckverlust der Sekundärluft reduziert, da die Strömungsgeschwindigkeit im erweiterten Düsenabschnitt 17 geringer ist als im Düsenabschnitt 15. Die Sekundärluftdüse 12 ist konstruktiv so ausgebildet, daß die Länge des zylindrischen Düsenaustrittes 15 das 0,5- bis 1,5fache und die Länge des Düsenabschnittes 16 das 1,0- bis 3,0fache sowie der Durchmesser 3

Claims

ΑΤ 403 618 Β D des zylindrischen Düsenabschnittes 17 das 1,2- bis 3,Ofache des Düsenaustrittsdurchmessers d aufweist (Fig. 13). Die Sekundärluftdüse 12 ist umhüllt von der Sekundärluftdüse 13 für Ölbetrieb, die rechteckigen Querschnitt aufweist. Sie kann jedoch auch runden Querschnitt aufweisen und konzentrisch zur Sekundärluftdüse 12 ausgebildet sein. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird es ermöglicht, für Betrieb mit Ölfeuer (Fig. 7 und 8) das austrittseitige Ende der Ölbrennerlanze 8 einschließlich des Hüllrohres 10 und der darauf aufgesetzten Dralleinrichtung 11 in Strömungsrichtung gesehen an das Ende bzw. den Austritt der Sekundärluftdüse 12 zu stellen und durch die Sekundärluftdüse 12 Kern- sowie durch die Sekundärluftdüse 13 Sekundärluft für die Verbrennung aufzugeben. Für Betrieb mit Kohlefeuer (Fig. 5 und 6) wird die Ölbrennerlanze 8 einschließlich Hüllrohr 10 und Dralleinrichtung 11 in axialer Richtung z. B. durch einen nicht dargestellten Stellantrieb 18 auf eine Position, wie oben beschrieben, zurückgefahren, so daß die Sekundärluftdüse 12 einen vollen, tief in den Feuerraum eindringenden Sekundärluftstrahl freigibt. Ein gutes Vermischen von Luft und Brennstoff und die Optimierung der NOx-armen Verbrennung bei gleichzeitig verbessertem Ausbrand sind die Folge. In Fig. 5 bis 8 wird beispielhaft ein Brenner 1 mit einer Kohiestaubdüse 3 und einer Unterluftdüse 7 mit Ölbrennerlanze 8 sowie einer Oberluftdüse 5 ohne Ölbrennerlanze 8 gezeigt. Um den Luftüberschuß für eine NOx-arme Fahrweise im Brennerbereich absenken zu können und dennoch einen guten Ausbrand zu erreichen, ist oberhalb des Brenners eine nicht dargestellte Ausbrandluftdüse in einem genügend großen Verweilzeitabstand angeordnet. Der Brenner 1 kann anstelle einer Kohlenstaubdüse 3 auch mehrere aufweisen. In diesem Fall sind zwischen den Kohienstaubdüsen 3 jeweils eine Sekundärluft einbringende Zwischenluftdüse 6 angeordnet. Fig. 9 und 10 zeigen beispielhaft einen Brenner 1 mit zwei Kohlenstaubdüsen 3, einer Zwischenluftdüse 6 sowie mit einer Oberiuftdüse 5 und einer Unterluftdüse 7, die jeweils so ausgebildet sind wie die vorbeschriebene Unterluftdüse 7 des erfindungsgemäßen Brenners 1. Die Oberiuftdüse 5 und die Unterluftdüse 7 können neben der Ölbrennerlanze 8 auch mit jeweils mindestens einer Gasbrennerlanze 19 ausgebildet sein, wobei die Gasbrennerlanze 19 innerhalb der Sekundärluftdüse 12 liegt und seitlich an der Dralleinrichtung 11 vorbeigeführt ist (Fig. 11 und 12). Die Kohlenstaubdüse 3 und die diese umhüllende Umluftdüse 4 sowie die Zwischenluftdüse 6 werden bevorzugt mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Ebenso die Oberiuftdüse 5, falls diese ohne Ölbrennerlanze 8 ausgerüstet ist. Die Dralleinrichtung 11 kann z. B. als Impeller oder Stauscheibe ausgebildet sein. Die Ölbrennerlanze 8 ist vorteilhafterweise innerhalb des Hüllrohres 10 demontierbar. Patentansprüche 1. Brenner, insbesondere Strahlbrenner, zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und einem brennbaren Fluid, umfassend - mindestens eine, zentral angeordnete, Kohlenstaubdüse (3) mit einer diese umhüllende Umluftdüse (4), - Zwischen luftdüsen (6) bei Verwendung mehrerer Kohlenstaubdüsen (3), wobei jeweils eine Zwischen luftdüse (6) zwischen zwei Kohlenstaubdüsen (3) angeordnet ist, - einer Oberiuftdüse (5) und einer Unterluftdüse (7), wobei die Unterluftdüse (7) und ggf. die Oberiuftdüse (5) mit einer Ölbrennerlanze (8), einem Hüllrohr (10) und einer darauf aufgesetzten Dralleinrichtung (11) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölbrennerlanze (8) von einer mit rundem Querschnitt ausgebildeten Sekundärluftdüse (12) konzentrisch umgeben ist, die sich stromaufwärts düsenartig (15, 16, 17) auf einen größeren Querschnitt erweitert, wobei die Sekundärluftdüse (12) von einer Sekundärluftdüse (13) umhüllt ist und wobei die Ölbrennerlanze (8) einschließlich Hüllrohr (10) und Dralleinrichtung (11) innerhalb der Sekundärluftdüse (12) axial verschiebbar ausgebildet ist und in eine, den Querschnitt des Düsenaustrittes (15) und des Düsenabschnittes (16) der Sekundärluftdüse (12) freigebende, rückgezogene Position für Kohlebetrieb (Fig. 5) und in eine vorgeschobene Position für Ölbetrieb (Fig. 7) gebracht wird.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zurückgezogener Ölbrennerlanze (8) (Kohlebetrieb, Fig. 5) deren austrittseitiges Ende im wesentlichen am Übergang zwischen den Düsenabschnitten (16) und (17) liegt und bei vorgeschobener Ölbrennerlanze (8) (Ölbetrieb, Fig. 7) deren austrittseitiges Ende im wesentlichen mit der Austrittsöffnung der Sekundärluftdüse (12) abschließt. 4 AT 403 618 B
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüse (12) so ausgebildet ist, daß die Länge des zylindrischen Düsenabschnittes (15) dem 0,5- bis 1,5fachen, die Länge des Düsenabschnittes (16) dem 1,0- bis 3,0fachen und der Durchmesser D des zylindrischen Düsenabschnittes (17) dem 1,2- bis 3,0fachen des Düsenaustrittdurchmessers d entspricht (Fig. 13).
4. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß innerhalb der Sekundärluftdüse (12) mindestens eine Gasbrennerlanze (19) angeordnet ist (Fig. 11). Hiezu 7 Blatt Zeichnungen 5