DD145316A5 - Brenner fuer eine suspension von feinkoerniger kohle in fluessigkeit - Google Patents
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Description
Berlin, den 10.12.1979 'J -Ί- AP P 23 D/214 691 55 963 / 12
Brenner für eine Suspension feinkörniger Kohle in Flüssigkeit
Anwendungsgebiet der- Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Brenner, welcher in erster Linie zur Verbrennung von Brennstoffen bestimmt ist, die aus Suspensionen von feinkörnigen Kohleteilchen in einer Flüssigkeit, insbesondere suspensionsmittelnaltigem Wasser, bestehen.
Im Laufe der Jahre sind verschiedene Varianten derartiger Brennstoffe vorgeschlagen worden, aber eine Voraussetzung für ihre Wirtschaftlichkeit ist, daß die Plüssigkeitsmenge in der Suspension niedrig gehalten wird. Je niedriger der Flüssigkeitsgehalt ist, um so schwieriger ist die Handhabung des Brennstoffs. Ein neuentwickelter Typ einer solchen Kohlesuspension ist u. a„ in der DD-PA APG 10 L 205 664 beschrieben. Der dort beschriebene Brennstoff besteht aus äußerst feinverteiltem Kohlenstaub, der in einer Flüssigkeit suspendiert ist, welche üblicherweise aus Wasser besteht, jedoch auch an sich brennbar sein kann. In diesem flüssigen Brennstoff ist ein Suspensionsmittel enthalten, um die Kohlenpulverteilclien in Suspension zu halten. In typischen Fällen besteht dieser Brennstoff aus etwa 70 -Gew.-$. Steinkohle, etwa 30.Gew.-^ Wasser und einer kleinen Menge Suspensions- oder Dispergiermittel, beispielsweise 0,3 Gew.-%
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berechnet auf den gesamten Brennstoff. Die Viskosität des Brennstoffs kann bis 2500 cP Brookflield betragen, und die Korngröße der Steinkohle ist in typischen Fällen etwa 50/um. Der Wärmewert des Brennstoffs beträgt in typischen Fällen 21-25 MJ/kg (5,8 - 6,9 k!7h/kg). Dem Brennstoff kann auch eine gewisse Menge feinkörnigen Kalks zugesetzt worden sein, um den Schwefelinhalt der Steinkohle zu neutralisieren. Dieser flüssige suspensdierte Brennstoff läßt sich als Ersatz für Öl und Gas benutzen, führt aber zu Verbrennungsproblenien, da der Brennstoff dazu neigt, Kanäle u. a. zu verstopfen. Manhat versucht, diese brennbare Suspension in normalen 01- und Gasbrennern zu benutzen und ist dabei auf große Schwierigkeiten gestoßen, wie das Verstopfen von Düsenöffnungen, falls diese nicht einen durchmesser von mindestens etwa 4 mm hatten, ein Durchmesser, der jedoch eine unzureichende Zerstäubung ergibt. Eine andere Möglichkeit, welche in der US-PS 3 447 494 vorgeschlagen wird, besteht darin, daß man einen B^ßtationsbrenner benutzt, d. h. einen Brenner mit rotierenden Zerstäuberbecher, zu dessen Innerem der Brennstoff geleitet wird. Vom Becher wird das Brennstoffgemisch in Form einer feinverteilten Staubwolke ausgeschleudert. Gegen diese Staubwolke wird ein konisch konvergierender Luftstrom von einer sich rund um den Hotationsbecher des Rotationsbrenners erstreckenden, ringförmigen Düse gerichtet. Sowohl dieser bekannte Rotationsbrenner als auch andere, für Öl bestimmte, bekannte Rotationsbrenner haben sich jedoch als unbrauchbar erwiesen, einerseits weil die feinkörnige Suspension dazu neigte, die Strömungskanäle zu verstopfen und andererseits weil die suspendierten Seilchen dazu neigten, der Innenseite des rotierenden Bechers anzuhaften und daran festzubrennen.
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Ein bekannter Ölbrennertyp arbeitet gemäi3 dem sog. Toroidal-Prinzip, bei dem man den aus der Düse ausixetenden Ölnebel mit einem konisch divergierenden Luftstrom umgibt, der durch eine Art SaugstrahlWirkung (Ejektor) eine Rezirkulation der Verbrennungsgase gegen die eigentliche Ölbrennerdüse erzeugt. Auch die Versuche, diesen bekannten Ölbrennertyp. sur Verbrennung des obengenannten speziellen -Brennstoffs" in Form einer Suspension von feinkörnigen Kohleteilchen in einer Plüssigkeit zu gebrauchen, mißlangen,'hauptsächlich weil mit dem zur Vermeidung eines Verstopfens der Düsenöffnung erforderlichen, großen Querschnittsdurclirnesser nur eine unzulängliche Zerstäubung erreicht v/erden konnte, aber auch v/eil die Kohleteilchen nicht dazu neigten, an der Rezirkulation der Verbrennungsgase teilzunehmen.
Die DE-PS 594 722 zeigt einen Ölbrenner, bei dem der Brennstoff durch Selbstansaugung zur liündung eines Rohres geleitet v/ird, das sich in einen Rotationsbecher hirieinerstrecirfc und über dessen Boden endet, so daß der Brennstoff nach außen gegen die Kante des Rotationsbechers geschleudert wird, um von diesem in einem rund um den Rotationsbecher auswärtssteigenden Luftstrom verteilt zu v/erden. Die vom Luftstrom nicht mitgerissenen Öltropfen v/erden von einem konischen Schirm aufgefangen und strömen zu einem Ölsammler entgegen der Wirkung des aufwärtssteigenden LuftStroms, der mit Hilfe einer unterhalb des Rotationsbechers angebrachten, ringförmigen Düse zugeführt wird. Dieser beicannte Ölbrennertyp arbeitet im Grunde genommen nach dem Rotationsbrennerpriiisip, nicht aber gemäß dem obengenannten Toroidal-Brenner-Prinsip, da die Gasgeschwindigkeit an der Kante des Rotationsbcciiers derart niedrig ist, daß die Öltropfen sowohl den
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umgebenden Schirm treffen als auch längs des Schirms nach unten strömen. Dieser bekannte Brenner läßt sich auch nicht für den hier in Präge stehenden Brennstoff in Form einer Suspension von feinkörnigen Kohleteilchen in einer Flüssigkeit gebrauchen.
Ziel der Erfindung .
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Brenners, mit dem eine Suspension von feinkörniger Kohle in Flüssigkeit ohne Schvrierigkeiten verbrannt wer den kann.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die ilufgabe zugrunde, durch Kombinieren des an 3icn bekannten. Rotationsbrennerprinzips mit dem ebenfalls an sich bekannten Toroidal-Brenner-Prinsip einen Brenner auszubilden, mit dem sich der obengenannte, suspendierte, teilchenfömiige Brennstoff ohne größere Schwierigkeiten verbrennen läßt.
Die Erfindung betrifft somit einen Brenner für einen Brennstoff, der aus einer Suspension von feinen Kohleteilchen in einer Flüssigkeit, insbesondere suspensionsmittelhaltigern Wasser, besteht, v/eIcher Brenner als Rotationsbrenner mit einem konischen Rotationskörper ausgebildet ist, auf dessen Innenseite der Brennstoff zugeführt wird, um unter der Wirkung der Fliehkraft längs der konischen Innenseite des Rotationskörpers zu dessen äußerer Umfangkante hinausbefördert zu werden, wobei der Brenner eine den Rotationskörper umgebende Düse zur Zufuhr' von Luft längs der Umfangkante des
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Rotationskörpers besitzt. Dieser Brenner zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest der äußere Randteil der Innenseite des Rotationskörpers mit der Brennerachse einen Winkel von 35 "bis 80° einschließt, daß ein Verteilerschirm im Inneren des Rotationskörpers quer zur Brennerachse angeordnet ist, daß ein axial gerichtetes Zufuhrrohr für die als Brennstoff dienende Suspension hinter diesem Verteilerschirm mündet, und daß der Brenner außerdem derart eingerichtet ist, daß er gemäß dem Toroidal-Brenner-Prinzip arbeitet, indem die Luft zufuhr düse an der Umfangkante des Rotationskörpers angeordnet ist, um die Luft in Form eines divergierenden, nach außen von der -Brennerachse gerichteten Luftstromes zuzuführen, und indem die Luftzufuhrdüse und der Rotationskörper von einem konischen Leitschirm umgeben sind, der zwecks -bildung eines Spalts zwischen dem Leitschirm und der Luftaufuhrdüse. in-radialem Abstand von der Luftzufuhrdüse angeordnet ist und mit der Brennerachse- etwa denselben V/inkel wie der divergierende Luftstrom einschließt«
Der divergierende Luftstrom schließt mit der.Brennerachse vorzugsweise einen Wirnkel von 30 bis 70° ein, da man hierdurch die beste Rezirkulationswirkung erzielt. Die Resirkulationswirkung kann reiter erhöht werden, falls der konische Leitschirm an seinem äußeren Ende mit einer nach innen gewölbten Verlängerung versehen wird. Die "/ölbung dieser Verlängerung sollte dabei der beabsichtigten Porm des toroidförmigen, rotierenden Gaskörpers vor dem Brenner entsprechen.
Die Suspension wird während ihrer Bewegung längs der Innenseite des rotierenden B.echers getrocknet, und wenn die Suspension die Kante des Rotationsbechers verläßt und unter
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der Wirkung der Plßhkraft nach außen geschleudert wird, ist ein großer Teil des Wassers oder der Flüssigkeit abgedunstet, ^ie Kohleteilchen werden dabei vom divergierenden Luftstrom aufgefangen und von diesem in der 'Eezirkulationswirkung mitgenommen. Um die Bewegung der Suspension nach außen zu erleichern und die Wirkung des Rotationsbechers zu erhöhen, ist es gemäß der Erfindung am vorteilhaftesten, wenn zumindest der äußere Randteil der konischen Innenseite des Rotationsbechers mit der Brennerachse einen größeren Winkel als der dievergierende Luftstrom von der Luftzufuhrdüse einschließt. Die Innenseite des Rotationsbechers kann dabei mit konischen °chultem ausgebildet sein, die mit der Brennerachse verschiedene Winkel einschließen. Wie oben erwähnt, muß zumindest der äußere Randteil der konischen Innenseite des Rotationsbechers mit der Brennerachse einen Winkel von 35 Ms 80° einschließen. Die stufenförmige Ausbildung der Innenseite des Rotationsbechers führt zu einer Steigerung der Brennerwirkung, indem die Kohleteilchen bei ihrer Bewegung über die Stufen "auseinandergerüttelt11 werden, so daß ungleichmäßige Flüssigkeitskonzentrationen verhindert werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung bildet die Außenseite des Rotationsbechers die innere Begrensungswand der ringförmigen Luftdüse. Aus praktischen Gesichtspunkten ist es dabei zweckdienlich, daß der äußere Randteil der Innenseite des Rotationsbechers mit der Brennerachse einen um mindestens 10° größeren Winkel als der konisch divergierende Luftstrom von der ringförmigen Luftdüse einschließt, da man hierdurch an der Kante des Ro-
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tationsbechers eine hinreichende Festigkeit der Konstruktion "bekommt.
Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung wurde festgestellt, daß man bei vielen Gelegenheiten "Vorteile erreichen kann, falls man eine allzu starke Rotation der brennenden Masse aus Gas und Kohleteilchen zu verhindern versucht. Zu diesem Zweck kann die Luftdüse mit Leitschaufeln oder -rillen versehen werden, die den Luftstrom stabilisieren und dieser Rotation um die Brennerachse entgegenwirken.
Um den Brennstoff an der Innenseite des Rotationsbechers zu verteilen, ist ein Verteilerschirm gemäß der Erfindung quer zur Brennerachse innerhalb des Rotationsbechers anzuordnen, wobei man ein axial gerichtetes Zufuhrrohr für die Brennstoffsuspension hinter diesem Verteilerschirm münden läßt, an dessen Außenkante ein ringförmiger Spalt zwischen dem Schiria und dem Rotationsbecher vorhanden ist. Innerhalb dieses Verteilerschiriu3 kann man auch andere Brennst offzufuhrrohre münden lassen, falls man den Brenner mit einem Öl- oder Gasbrenner zu kombinieren wünscht, beispielsweise zum Anfahren des verbrennungsverlaufs. 'Um im Rotationsbecher eine selbstreinigende V/irkung .zustandezubringen, wird der Verteilerschinn vorzugsweise am Zufuhrrohr angebracht, wobei man zwischen diesem Zufuhrrohr und dem Rotationsbecher für eine Relativbewegung sorgt, beispielsweise indem das Zufuhrrohr mit dem festsitzenden Ver_xteilerschirm stillsteht oder mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit umläuft.
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Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert, '
In der beiliegenden Zeichnung zeigen:
Pig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Brenners,
Pig. 2 ein ilusführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners im AxLalschnitt,
Pig, 3 einen Teil einer Abänderung des in Pig. 2 gezeigten Brenners im Axialschnitt,
Pig. 4 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Rotationsbechers im erfindungsgemäßen Brenner,
Pig. 5 einen Axialschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotationsbechers im erfindungsgemäßen Brenner,
Pig. 6 eine Abänderung der äußeren Begrenzungswand einer ringförmigen Luftzufuhrdüse im erfindungsgemäßen Brenner,
Pig. 7 diese äußere Begre%zungswand in Draufsicht,
Pig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-YIII in Pig. 6,
Pig. 9 eine Pig. 7 entsprechende Ansicht eines weiteren, .erfindungssemäßen Ausfülirungsbeispiels der Außen-
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wand der Luftzufuhrdüse, und
Pig, 10 einen Fig. 8 entsprechenden Schnitt eines weiteren, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Außenwand der Luftsufuhrdüse.
Pig, 1 zeigt eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Brenners. Der Brenner hat einen dotations "becher oder -körper 10 mit einem Zufuhrrohr 11 für einen Brennstoff in Porm einer Suspension von feinkörniger Kohle in einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Das Zufuhrrohr 11 mündet an der konischen Innenseite de3 Bechers 10 hinter einem Verteilerschirm 12, der am Rotationskörper 10 befestigt ist und die verMLltnisraäßig dickflüssige Suspension auf die innere Fläche des Rotationskörpers 10 hinauszwingt. Der Rotationskörper 10 wird mittels eines Antriebs I.I in Umlauf versetzt, und die Suspension wird dabei unter der Einwirkung der Fliehkraft zur ümfangkante 13 des Rotationskörpers 10 hinausströmen.
Der Rotationskörper 10 ist in einem Primärluftzufuhrrohr 14 angebracht, dessen äußere Kante 15 zusammen mit der Mündurtgskante 13 des Rotationskörpers 10 eine ringförmige Luftdüse 16 abgrenzt, durch die ein Primärluftstrom 17 in Riehtung der Pfeile in Form eines konisch nach außen divergierenden Luftstroms ausgespritzt wird, welcher eine Art Saugstrahl wirkung erzeugt, indem der Luftstrom 17 gerade im Bereich der Umfangkante 13 des Rotationskörpers 10 seine höuJiste Geschwindigkeit hat. Der Primärluftstrom 17 streicht längs der Fläche eines konischen Leitschirms 18, der hinter
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der Düse 16 beginnt und in radialem Abstand davon vorgesehen ist, um rund um die Außenseite der Primärluftzufuhrdüse 16 einen freien Spalt 19 abzugrenzen. Dieser Spalt 19 ist deshalb wichtig, damit die vom Rotationskörper 10 ausgeschleuderten Kohleteilchen nicht gerade hinausgeschleudert werden und direkt auf den Schirm 18 treffen, sondern ihre Bewegungsrichtung ändern und vom Luftstrom 17 mitgerissen werden können.
Der konisch divergierende Luftstrom 17 schwenkt infolge seiner an und für sich bekannten Toroidalwirkung nach innen in Richtung der Pfeile 20 ab, um einen stehenden ΐ/irbel in Form eines deformierten Toroids zu bilden, welcher die eigentliche Verbrennungszone darstellt. Ein Teil der Gase verläßt die Verbrennungszone in Richtung der Pfeile 21 ·
Wie durch strichpunktierte Linien angedeutet, kann der konische Schirm 18 an seinem äußeren Ende mit einem nach innen gewölbten Teil oder einer Verlängerung 22 versehen oder selbst in dieser Weise ausgebildet sein, um diese Toroidalwirkung weiter zu verstärken.
Versuche haben gezeigt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die ringförmige Düse 16 den konisch divergierenden Luftstrom 17 in einem WinkeloC von 30 "bis 70° gegen die Achsrichtung des Brenners richtet. Etwa denselben V/inkel soll der konische Teil des Leitschirms 18 mit der Achsrichtung des Brenners einschließen, d. h., deir Winkel (p soll etwa ebenso groß oder um einige Grade größer sein als der Winkel öl . . ' '
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Die Innenseite des rotierenden Körpers 10 kann mit verschiedenen Winkeln zur Längsachse des Brenners ausgebildet werden, aber für den hier in Frage stehenden Brennstoff, welcher aus einer Suspension von feinkörniger Kohle in einer Flüssigkeit, in typischen Fällen \7asser, besteht, hat es sich gezeigt, daß ein Y/inkel von 35 bis 80 zur Achsrichtung des Brenners für die beste Wirkung und ein Mindestmaß'.an der Innenseite des Rotationskörpers 10 festgebrannten Kohleteilchen erforderlich ist. Falls die Außenseite des Rotationskörpers 10 als die einzige Begrenzungsv/and der Düse 16 benutzt wird, wie dies in Fig. 1 der Fall ist, so ist es aus praktischen Gesichtspunkten am besten, wenn der . Winkel tf1 , d. h. der V/i nie el zwischen dem konischen Luftstrom 17 gemäß den Pfeilen und zumindest dem äußeren Randteil des Rotationskörpers 10 mindestens 10° beträgt, so daß man am Randteil des Rotationskörpers 10 eine hinreichende Festigkeit der Konstruktion erhält.
Indem man den Brenner in einer solchen weise ausbildet, daß er gemäß einer Kombination der Rotationsbrenner- und Toroidal-Brenner-Grundsätze arbeitet, kann man eine stabile Verbrennung der in Frage stehenden Brennstoffsuspension erreichen. Durch die Konstruktion wird sichergestellt, daß das Zufuhrrohr 11 einen ^hinreichenden Durchmesser hat, um die Suspension olinö Verstopfungsgefahr zu befördern, und die ^einverteilung' dor Suspension erfolgt durch die Rotationswirkung des Rotationskörpers 10, wobei die Toroidalwirkung dadurch erzielt wird, daß die die Mündungskante 13 ci-es Rotationskörpers 10 verlassenden Kohleteilcheh -von dem sich
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nach außen erweiternden oder divergierenden Luftstrom 17 beeinflußt werden, welcher somit keinen allzu starken richtungsändernden Einfluß auf die Kohleteilchen ausübt, sondern diese nur in der Toroidalströmung mitreißt. Y/enn die noch nicht verbrannten Kohleteilchen die Kante 13 verlassen und vom Toroidalstrom in Richtung der Pfeile 20 mitgerissen werden, werden sie während ihrer verhältnismäßig langen Verweilzeit in der Verbrennungsζone des Brenners brennen können, welche Zone durch die Toroidalwirkung derart konzentriert worden ist, daß die Verbrennungsfront den eigentlichen, vom Leitschirm 18, dem Rotationskörper 10 und der Luftdüse 16 gebildeten Brennerkopf nicht verläßt. Ohne die Toroidalwirkung hätte sich die Verbrennungsfront vom Brennerkopf entfernt, und der Brennstoff wäre erloschen.
Beim Anfahren des erfiiidungsgemäßen Brenners muß die Kohlesuspension mit Hilfe einer Zündflamme angezündet werden, und diese Zündflamme kann bei einer vorteilhaften Jlusführungsform der Erfindung mit Hilfe von Öl oder Gas erzeugt werden, das durch ein separates Öl- oder Gaszufuhrrohr in den Rotationskörper 10 eingegeben wird, wie dies im Zusammenhang mit den übrigen Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert ist. Die Zündung erfolgt dadurch, daß das Öl separat in den Rotationskörper 10 eingespritzt wird, d. h, parallel zur Brennstoffsuspension. ITach einer Initialzündzeit kann die ölzufuhr unterbrochen v/erden, wobei die Verbrennung mit Hilfe der Brennstoffsuspension weiterläuft, Nachdem die erforderliche Temperatur erreicht worden ist, wird die Verbrennung der Brennstoffsuspension ganz einfach dadurch unterhalten,, daß die brennenden Kohlepulverteilchen mit dem Brennstoffgasstrom entsprechend der Pfeile 20
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zurückströmen und während ihres verlängerten Aufenthalts in der Yerbrennungszone neue Kohlenpulverteilchen anzünden, die von der Kante 13 des Rotationskörpers 10 hinausgeschleudert werden.
Der Rotationskörper 10 des erfindungsgeniäßen Brenners hat einen größeren Konuswinkel als dies bei Rotationsbrennern normalerweise der Fall ist, damit die Kohlesuspension auch mit Sicherheit einwandfrei zur Mündungskante 13 hinausbefördert wird. Die Kohlesuspension wird während ihrer Bewegung längs der Innenseite des Rotationskörpers 10 sehr schnell trocknen, und wenn die Suspension die Kante 13 verläßt, kann sie in Pulverform übergegangen sein. Um die Auflockerung der getroclaieten Suspension zu erleichtern und um sicherzustellen, daß die pulverförmige Kohle den Rotationskörper 10 in Form einer feinverteilen Staubwolke verläßt, kann die Innenseite des konischen Körpers bei 23 stufenförmig ausgebildet sein, wie dies in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Diese Stufe 23 wird die Pulverteilchen auseinanderrütteln und ungleichmäßige Flüssigkeitskonzentrationen verhindern. Es kann mehr als eine Stufe 23 benutzt werden,
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Brenners. Dieser Brenner hat einen Rotationskörper 30 mit glatter, konischer Innenseite. Der Rotationskörper 30 hat einen inwendigen Verteilerschirm 31 1 der in zweckmäßiger Weise untdr Belassung.eines rundum verlaufenden Spalts 32 swis^ljE^der Kante des Schirms 31 und der Innenseite des Rotationskörpers 30 an letzterem befestigt ist. Der Rotationskörper 30 ist auf einer drehbaren, rohrförmigen Welle 33 montiert. Durch diese rohrförrnige Welle 33 erstreckt sich ein inneres Zufuhrrohr 34 für die im
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Brenner zu verbrennende Brennstoffsusp'ension, Ein weiteres Brennzufuhrrohr 35 für 01 oder Gas ist konzentrisch rund um das Innenrohr 43 angebracht, um die Kohle/Flüssigkeitssuspension in möglichst einfacher Weise anzuzünden. Beide Rohre 34, 35 sind im Verhältnis zur Welle 33 fest. Für das Rohr 34 ist ein Innendurciamesser von mindestens etwa 4 mm zu wählen, um zu verhindern, daß die Kohle/Flüssigkeitssuspension das Rohr verstopft. Für den Spalt 32 zwischen dem Verteilerschirm 31 und der Innenseite des Körpers 30 ist eine Breite von mindestens 1 am zu wählen.
Die Welle 33 ist in Lagern 36 montiert, die in einem Lagergehäuse 37 vorgesehen sind, welches gleichzeitig als eine Verteilerleitung für die Zufuhr und Verteilung von Primärluft dient. Die Primärluft wird über einen Zu~ fuhrstutzen 33 in das Gehäuse 37 eingebracht und kann durch Kanäle 39 am einen Lager 36 vorbei bis zu einem vorderen Raum 40 strömen, der von einem am Gehäuse 37 festgeschraubten Deckel 41 abgegrenzt ist. An der Vorderseite des Deckels 41 befindet sich ein Durchtrittsloch 42, das von einem Rohrstutzen 43 umgeben ist, welcher zu einem nach außen gerichteten Flansch oder einer Spitze 44 ausgezogen ist. Diese Spitze oder dieser Flansch 44 bildet zusammen mit dem Kantenteil 45 &es Rotationskörpers 30 eine Austrittsdüse 46 für die Primärluft, Diese Austrittsdüse 46 richtet die Luft nach außen in Richtung der Pfeile 47 in Form eines konisch divergierenden Luftstroms. Der Winkel dieses Luftstroms im Verhältnis zur Längsachse des Brenners und die übrigen Abmessungen stimmen mit den im vorhergehenden im Zusammenhang mit der Prinzipskizze gemäß Fig, 1 ge-
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machten Angaben überein. Am Deckel 41 befindet sich außerdem ein Schirm 48, welcher konisch ist und einen Leitschirm für den Luftstrom gemäß der Pfeile 47 bildet. Der konische Teil dieses Schirms 48 beginnt etwas hinter den Außenkanten der Düsenwände 44, 45 und in radialem Abstand von der äußeren Düsenwand 44, so daß zwischen dieser äußeren Düsenwand 44 und dem Schirm 48 ein Spalt 49 vorhanden ist. Dieser Spalt 49 soll verhindern, daß die vom Rotationskörper 30 ausgeschleuderten Kohleteilchen am Leitschimi 48 anhaften und darauf eine festgebrannte Kohleschicht bilden. Der Abstand zwischen der Anfangslinie des konisch divergierenden Luftstroms" 47 und dem Leitschirm 48 ermöglicht somit eine bessere Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Luft wird nicht durch diesen Spalt ein-? gegeben.
Dadurch, daß der Deckel 41 mit einem Gewinde an der Außenseite des Gehäuses 37 festgeschraubt ist, kann die Weite des Mündungsspalts der Düse 46 für die Zufuhr verschiedener Priraärluftmengeh geändert werden. Bei dieser Änderung der Primärluftrnenge wird der Leitschirm 48 zusammen mit der äußeren Düsenwand 43, 44 bewegt werden, so daß der Spalt mit Sicherheit aufrechterhalten wird.
Dadurch, daß die Primärluft durch das Lagergehäuse der Welle 33 geleitet wird, kann der Luftstrom die Lager 36 kühlen .und somit die "wärniebelastung auf diese Lager 36 reduzieren.
Im Äusführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind konzentrische Rohre 34, 35 für die Zufuhr der Suspension bzw. des Gas-
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oder Ölbrenns.toffs gezeigt. Diese Rohre können jedoch auch nebeneinander in der rohrförmigen Welle 33 untergebracht werden. ·
Pig. 3 zeigt eine Abänderung des in Pig, 2 gezeigten Brenners. Bei dieser Abänderung ist der Leitschirm 48 an seinem äußeren Ende mit einer nach innen gewölbten Verlängerung 48' ausgebildet, die die erstrebte Toroidalwirkung verstärkt«
In der, Ausführungsform gemäß Pig. 1 bis 3 ist der inwendige Verteilerschirm (12; 31) des Rotationskörpers (10; 30) fest am Rotationskörper (10; 30) montiert gewesen. Pig. 4 zeigt eine andere Möglichkeit zur Anbringung äieses Verteilerschirms. Somit zeigt Pig· 4 *iur einen Rotationskörper 50, der auf einer drehbaren, rohrförmigen Welle 51 fest angebracht ist. Durch diese Welle 51 erstreckt sich ein Zufuhrrohr 529 für die Zufuhr der Suspension von feinkörniger Kohle in Flüssigkeit· -^und um das Rohr 52 erstreckt sich ein weiteres Rohr 5,3» das zusammen mit dem Rohr 52 einen ringförmigen Zufuhrkanal für ein Brennstoffgas oder -öl abgrenzt. Am äußeren Ende des Rohres 53 ist ein Halter 54 angebracht, an dessen Außenseite ein Verteilerschirm 55 befest-igt ist. Zwischen der freien Kante des Schirms 55 und der Innenseite des Rotationskörpers 50 befindet sich ein Spalt 56, der wie früher mindestens 1 mm weit sein soll. Diese Konstruktion bietet die Möglichkeit, zwischen dem Verteilerschirm 55 und dem Rotationskörper 50 eine Relativdrehung zustandezubringen, wobei man in typischen Fällen den Schirm 55 und das Rohr 53 entweder stillstehen oder in entgegengesetzten Richtungen oder zumindest mit einer von der Geschwindigkeit des Rotationskörpers 50 abweichenden Geschwindigkeit rotieren
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läßt. Durch die hierdurch zustandegebrachte Relativbewegung wird eine Reinigungswirkung für den Spalt 56 geschaffen.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform eines für den erfindungsgemäßen Brenner verwendbaren Rotationskörper 60, Wie der in Fig. 1 gezeigte Rotationskörper 10, hat dieser Körper 60 eine stufenförmige Innenseite mit einem inneren Seil 61, der mit der Längsachse des Brenners einen Winkel einschließt, und einen äußeren Teil 62, der mit der genannten Brennerlängsachse einen anderen, größeren Winkel einschließt. Der innere rX'eil 61 ist zur Bildung einer Stufe 63 spitz hinausgezogen. Diese Ausbildung der Innenseite des Rotationskörpers 60 soll bewirken, daß sich die Suspension zuerst nach außen längs des inneren Teiles 61 bev/egt und dabei teilweise trocknet, wobei die zumindest teilweise getrocknete Kohlesuspension unter der Wirkung der Fliehkraft (die Drehzahl kann beispielsweise 5000 bis 10000 U/min betragen) radial über die Kante der Stufe 63 hinausgeschleudert wird. Die Kohleteilchen der Suspension treffen dabei auf die Flache des äußeren Teiles 62 und
. werden hierdurch aufgelockert, um in einem gleichmäßiger verteilten Zustand die Außenkante 64 des Rotationskörpers
. 6O zu verlassen. Wie bei den im vorhergehenden beschriebenen Ausfuhrungsformen hat dieser Rotationskörper 60 einen Verteil er s chiz-m 65, der mit Hilfe einiger Stifte 66 im Rotationskörper 60 befestigt ist. Durch das Loch 6? im Rotationskörper 60 hinter dem Schirm 65 erstreckt sich zumindest ein Zufuhrrohr für die Kohle/Flüssigkeitssuspension, vorzugsweise jedoch auch ein Rohr für die Zufuhr von Zündbrennstoff. '
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Wie oben erwähnt, kann es in gewissen Fällen vorteilhaft sein, der Rotation der Verbrennungsgasmasse im Inneren des Leitschirms entgegenzuwirken,, Zu diesem Zweck kann man, wie in Pig. 6 bis 9 gezeigt ist, die Außenwand 70 der ringförmigen Luftzufuhrdüse mit Rillen ausbilden, welche entweder -radial- nach' außen gerichtet sind, wie dies für die Rillen 71 in I1Xg. 6 bis 8 gezeigt ist, oder entgegen der Rotationsrichtung des Rotationskörpers gerichtet sind, wie dies für die Rillen 72 in der Außenwand 70* in Pig. 9 gezeigt ist. Der inJ'ig. β bis 9 gezeigte Teil 70, 70» soll beispielsweise äen Teil 43 in Pig. 2 ersetzen.
Anstelle der Rillen können in der Primärluftdüse Leitschaufeln 73 angebracht werden, wie dies in Pig. 10 gezeigt ist, um der Rotation der Verbrennungsgase entgegenzuwirken. Diese Leitschaufeln 73 werden an der Innenseite der Düsenaußenwand 74 befestigt und erstrecken sich gegen die Innenwand der Düse. Diese Leitschaufeln können in derselben Weise wie die in der Ausführungsform gemäß Fig. 6 bis 9 gezeigten Rillen 71 orientiert sein.
Zur Unterstützung der Eingabe der Kohle/Flüssigkeitsuspension in den Rotationskörper kann man das Zufuhrrohr nach Art einer Förderschnecke ausbilden, d. h. es kann im Inneren des Rohres 11, 34:oder 52 eine umlaufende Förderschnecke angebracht werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine weitere Herabsetzung des Flüssigkeitsgehalts oder eine Steigerung der Viskosität.
Im vorhergehenden wurde vorausgesetzt, daß die Kohle/Flüssigkeitssuspension mit Hilfe einer Zündflamme angezündet wird,
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die durch separate Zufuhr von Öl und Gas durch separate Zufuhrrohre erzeugt wird. Die Suspension kann jedoch auch dadurch angezündet werden, daß man in einem und demselben Rohr, beispielsweise dem Rohr 11, Öl zuführt, welches beispielsweise elektrisch angezündet und dann sukzessiv mit der Kohle/Flüssigkeitssuspension vermischt wird, bis schließlich nur die Kohle/Plüssigkeitssuspension zugeführt wird.
Claims (9)
1 ;# W$ I _20_ 10.12.1979
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Erfindungsans-pruch .
1. Brenner für einen Brennstoff, der aus einer Suspension von feinen Kohleteilchen in einer Flüssigkeit, insbesondere süspensionsmittelhaltigem V/asser, besteht, welcher Brenner als Rotationsbrenner mit einem konischen Rotationskörper ausgebildet ist, auf dessen Innenseite der Brennstoff zugeführt wird, um unter der Wirkung der Fliehkraft längs der konischen Innenseite des Rotationskörpers zu dessen äußerer Umfangkante hinausbefördert zu werden, wobei der Brenner eine den Rotationskörper umgebende Düse zur Zufuhr von Luft längs der Umfangkante des Rotationskörpers besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest der äußere Randteil (13; 62) der Innenseite des Rotationskörpers (10; 30; 50; 60) mit der Brennerachse einen Winkel von 35 bis 80° einschließt, daß ein Verteilerschirm (12; 31; 55; 65 ) im Inneren des Rotationskörpers (10; 30; 50; 60) quer zur Brennerachse angeordnet ist, daß ein axial gerichtetes Zufuhrrohr (11; 34; 52) für die als Brennstoff dienende Suspension hinter diesem Verteiler3chirm mündet, und daß der Brenner außerdem derart eingerichtet ist, daß er gemäß dem Toroidal-Brenner-Prinzip arbeitet, indem die Luftzufuhrdüse (16; 46; 70) an der Umfangkante (13; 45; 64) des Rotationskörpers angeordnet ist, um die Luft in Form eines divergierenden, nach, außen von der Brennerachse gerichteten Luftstromes (17; 47) zuzuführen, und indem die Luftzu-
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fuhrdüse und der Rotationskörper von einem konischen Leitschirm. (18; 48) umgeben sind, der zwecks Bildung eines Spalts (19; 49) zwischen dem Leitschirm und der Luftaufuhr&üse in radialem Abstand von der Luftzufuhrdüse angeordnet ist und mit der Brennerachse etv/a denselben Winkel v/ie der divergierende Luftstrom einschließt.
2. Brenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Luftsufuhrdüse (16; 46; 70) den konisch divergierenden Luftstrom (17; 47) in einem Winkel von 30 bis 70° nach außen von der Brennerachse richtet.
3. Brenner nach Punkt 1 oder 2, ,gekennzeichnet dadurch, daß der konische Leitschirm (18; 48) eine an seinem äußeren Ende ausgebildete, nach innen gewölbte Verlängerung (22; 48) hat. .
4. Brenner nach Punkt 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest der äußere Randteil (13; 62) der konischen Innenseite des Rotationskörpers (10; 30; 50; 60) mit der Brennerachse einen größeren ^inkel als der divergierende Luftstrom (17; 47) von der Luftzufuhrdüse (16; 46; 70) einschließt.
5. Brenner nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Innenseite des Rotationskörpers (10; 60) mit konischen Schultern (61; 62) mit verschiedenen
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Winkeln zur Brenherach.se ausgebildet ist.
6. Brenner nach einem der Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die eine Begrenzungswand der ringförmigen Luftzufuhrdüse (16; 46; 70) von der Außenseite des Rotationskörpers (10; 30; 50; 60) gebildet ist.
7. Brenner nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Luftzufuhrduse (70) Leitschaufeln oder -rillen (71) besitzt, die den Luftstrom (17; 47) stabilisieren und der Rotation der Verbrennungsprodukte und der Plarnme um die -^rennerachse entgegenwirken.
8. Brenner nach "einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der Rotationskörper (30; 50; 60) ein oder mehrere hinter dem Verteilerschirm (12; 31» 55; .65) mündende Rohre --(35; 53) für einen anderen Brennstoff als die Suspersion besitzt.
9. Brenner nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der Verteilerschirm (55) auf dem oder den zur Zufuhr von Brennstoff ausgenutzten Zufuhrrohren (11; 34; 35;- 52; 53) angeordnet ist, im Verhältnis zu welchen der Rotationskörper (50) umläuft.
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