DD209246B1

DD209246B1 - KOHLENSTAUBZUENDBRENNKAMMER

Info

Publication number: DD209246B1
Application number: DD24287182A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Guetter; Siegfried Homilius; Horst Kaffka; Axel Rademacher; Heinz-Dieter Teller; Joachim Wrana
Original assignee: Gerhard Guetter; Siegfried Homilius; Horst Kaffka; Axel Rademacher; Teller Heinz Dieter; Joachim Wrana
Priority date: 1982-08-30
Filing date: 1982-08-30
Publication date: 1988-05-18
Also published as: DD209246A1

Description

beträgt.is.

2. Kohlenstaubzündbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der düsenförmigen Verengung (5) ein oder mehrere in den Freistrahl (10) gerichtete, mit Druckluft oder Druckluft und Brennstaub beaufschlagbare Nachbrenner (11) angeordnet sind.2. Kohlenstaubzündbrennkammer according to claim 1, characterized in that in the region of the nozzle-shaped constriction (5) one or more in the free jet (10) directed, can be acted upon with compressed air or compressed air and combustible afterburner (11).

3. Kohlenstaubzündbrennkammer nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in einem düsenförmigen Ringraum (9), in den die Rohrleitungen (8) münden, und/oder im Ringspalt (15) Einströmeinbauten schräg zur Brennkammerachse angeordnet sind.3. Kohlenstaubzündbrennkammer according to claim 1 and 2, characterized in that in a nozzle-shaped annular space (9) into which the pipes (8) open, and / or in the annular gap (15) Einströmeinbauten are arranged obliquely to the combustion chamber axis.

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine brennstaubbetriebene Einrichtung zur Zündung und/oder Stützfeuerung von Hauptkohlenstaubbrennern in großen Dampferzeugern.The invention relates to a brennstaubbetriebene device for ignition and / or auxiliary firing of main pulverized coal burners in large steam generators.

Characteristic of the known technical solutions

Beim Anfahren eines kohlenstaubgefeuerten Dampferzeugers können die Hauptkohlenstaubbrenner erst dann in Betrieb genommen werden, wenn die Brennkammer des Dampferzeugers eine so hohe Temperatur hat, daß für die Mahltrocknung der Kohle genügend heißes Gas aus dieser Brennkammer zur Verfügung steht und der Hauptkohlenstaubstrahl sicher zündet. Kohlenstaubgefeuerte Dampferzeuger benötigen deshalb für das Anfahren eine zusätzliche Feuerung, die Zündfeuerung. Dazu werden meist Ölzündfeuerungen und wenn hochkalorisches Brenngas zur Verfügung steht, auch Gaszündfeuerungen vorgesehen.When starting a coal dust-fired steam generator, the main coal dust burner can only be put into operation when the combustion chamber of the steam generator has such a high temperature that for the grinding drying of the coal enough hot gas from this combustion chamber is available and the main carbon dust jet safely ignites. Pulverized coal fired steam generators therefore require additional firing for starting up, the ignition firing. For this purpose, usually Ölzündfeuerungen and if high-calorie fuel gas is available, also provided gas ignition furnaces.

In diesem Zusammenhang sind analog zu mit Heizöl betriebenen Zündbrennern unmittelbar am Dampferzeuger angebrachte spezielle Kohlenstaubbrenner bekannt, die gleichzeitig zur Stützfeuerung dienen.In this context, analogous to fired with fuel oil pilot burners mounted directly on the steam generator special coal dust burner are known, which also serve for Stützfeuerung.

Im WP 149699 ist ein Verfahren und eine Einrichtung für die thermische Aufbereitung von Kohlenstaub für Zementanlagen beschrieben, bei der dem Kohlenstaub zur teilweisen pulsierenden Verbrennung Luft entsprechend eines Luftfaktors Λ = 0,2 bis 0,5 zugesetzt wird und die Hauptverbrennung des so thermisch aufbereiteten Kohlenstaubes mit Sekundärluft erst außerhalb der Aufbereitungseinrichtung erfolgt. Die pulsierende Verbrennung führt jedoch zu einer zeitweise unzulässig langen Flammenausbildung und damitzur Gefährdung der Wandung des Brennraumes des Dampferzeugers. Die teilweise pulsierende Verbrennung von Kohlenstaub ist deshalb auf die Anwendung in Brennrohröfen von Zementanlagen beschränkt. Durch das WP 153911 wurde ein Verfahren und ein Brenner zur Erzeugung einer rotierenden Kohlenstaubflamme, zum nachträglichen Anbau an Kleindampferzeuger, bekannt. Ziel dieser Erfindung ist es, industrielle Wärmeerzeugungsaniagen mit Heizöl- und Gasfeuerungen auf den Einsatz fester Brennstoffe umzustellen. Eine Anwendung an großen Dampferzeugern ist nicht möglich. Weiterhin sind Brennmuffeln bekannt, die ebenfalls unmittelbar am Dampferzeuger angebracht sind und als Zündbrennstoff ein Heizöl-Kohlenstaub-Gemisch verbrennen. Die Nachteile dieser Zündbrenner bestehen darin, daß der Heizölbedarf noch mindestens Ѵз des Heizölbedarfs der reinen Heizölzündbrenner beträgt.In WP 149699 a method and a device for the thermal treatment of coal dust for cement plants is described in which the pulverized coal for partial pulsating combustion air is added according to an air factor Λ = 0.2 to 0.5 and the main combustion of the thus thermally treated coal dust with secondary air only outside the treatment device takes place. However, the pulsating combustion leads to a temporarily inadmissible long flame training and damitzur endangering the wall of the combustion chamber of the steam generator. The partially pulsating combustion of coal dust is therefore limited to the application in kilns of cement plants. The WP 153911 a method and a burner for producing a rotating pulverized coal flame, for subsequent cultivation of small steam generators, was known. The aim of this invention is to convert industrial Wärmeerzeugungsaniagen with fuel oil and gas firing on the use of solid fuels. An application on large steam generators is not possible. Furthermore, burning muffles are known, which are also mounted directly on the steam generator and burn a fuel oil-coal dust mixture as a pilot fuel. The disadvantages of these pilot burners are that the fuel oil requirement is still at least Ѵз the fuel oil requirement of the pure Heizölzündbrenner.

Aus der DE-AS 28 16768 ist ein Topfbrenner bekannt, bei dem von außen zugeleitete Kaltluft im Gegenstrom zum Brennstrahl außerhalb des Brennraumes zugeführt und danach sowohl dem Brennstoffgemisch im Brennraumeingangsbereich als auch über Rohrzuführungen mit Düsenenden am Brennerausgang zugeleitet wird. So wird eine zweistufige Verbrennung realisiert, bei der der größte Teil in der ersten Stufe in der Brennkammer und der geringere Teil in der folgenden Stufe außerhalb erfolgt. Die Ausbildung als Topfbrenner bedingt jedoch eine hohe Brennraumbelastung, so daß die Zündung nur über zusätzliche Öl- oder Gaszufuhr im Umfang von immerhin 10% der Gesamtbrennerleistung erfolgen kann.From DE-AS 28 16768 a pot burner is known, supplied in the externally supplied cold air in countercurrent to the jet outside the combustion chamber and then fed both the fuel mixture in the combustion chamber inlet area and pipe feeds with nozzle ends at the burner outlet. Thus, a two-stage combustion is realized, in which the largest part takes place in the first stage in the combustion chamber and the smaller part in the following stage outside. However, the design as a pot burner requires a high combustion chamber load, so that the ignition can only be done via additional oil or gas supply in the amount of at least 10% of the total burner power.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung, die einen in jeder Betriebsphase des Dampferzeugers sicheren und zuverlässigen Betrieb ausschließlich mit Kohlestaub ermöglicht.The aim of the invention is a device that allows safe and reliable operation in each operating phase of the steam generator exclusively with coal dust.

-2- 209 246 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 209 246 Presentation of the Essence of the Invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Zündung der Hauptkohlenstaubbrenner und zur Stützfeuerung großer Dampferzeuger zu schaffen, die ausschließlich mit Kohlenstaub betrieben wird.It is an object of the invention to provide a means for igniting the main coal dust burner and for supporting firing large steam generator, which is operated exclusively with coal dust.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Nutzung des Gegenstromkühlungsprinzips die Luft durch den von von druckfestem Außengehäuse, Brennrohr und Trennwand gebildeten Ringraum geführt wird, wobei die Einleitung der Luft jedoch tangential erfolgt, so daß sie den Ringraum mit einem Dralleffekt durchläuft und damit einen rundum wirksamen Kühlschleier erzeugt. Diese Maßnahme wird gemäß der Erfindung noch ergänzt durch die Ausbildung der Brennkammer mit einem kohlenstaubmengenabhängigen Längen-Durchmesser-Verhältnis des Brennrohres, das bei äquivalenten StrömungsverhältnissenAccording to the invention, this object is achieved in that using the countercurrent cooling principle, the air is passed through the annular space formed by pressure-resistant outer casing, combustion tube and partition, the introduction of the air, however, is tangential, so that it passes through the annulus with a swirl effect and thus a generates effective cooling veil all round. This measure is still supplemented according to the invention by the formation of the combustion chamber with a coal dust volume-dependent length-diameter ratio of the combustion tube, the at equivalent flow conditions

Brennstaubbeladung [kg/hl _T = 0,8-3,0Fuel dust loading [kg / hl _T = 0.8-3.0

Durchmesser [mnr]Diameter [mnr]

beträgt.is.

Daraus wird eine kurze Brennkammerdimensionierung deutlich und auch der Durchmesser ist entsprechend den Strömungsverhältnissen relativ gering.This results in a short combustion chamber dimensioning and also the diameter is relatively low according to the flow conditions.

Über eine Brennstoffzuführung wird ein Brennstaub-Druckluft-Gemisch in das Brennrohr der Kohlenstaubzündbrennkammer geblasen. Diese mit hoher Brennstaubbeladung arbeitende pneumatische Förderung wird überlagert von der Verbrennungsluft, die einen Teil der Kühlluft beinhaltet und durch eine weitere Dralleinrichtung in das Brennrohr eingeführt wird. Mit Hilfe einer Zündeinrichtung wird der Brennstaub im Brennrohr gezündet.About a fuel supply, a fuel-compressed air mixture is blown into the combustion tube of Kohlenstaubzündbrennkammer. This working with high Brennstaubbeladung pneumatic delivery is superimposed by the combustion air, which includes a portion of the cooling air and is introduced by a further swirl device in the combustion tube. With the help of an ignition of the fuel dust is ignited in the combustion tube.

Die Dimensionierung des Brennrohres erfaßt ausschließlich nur die erste Phase der Verbrennung.The dimensioning of the combustion tube detects only the first phase of combustion.

Die dominierende weitere Verbrennung des Kohlenstaubes, der auf Grund des extremen Luftmangels nicht in der Kohlenstaubzündbrennkammer verbrennt, erfolgt im beschleunigt aus der Kohlenstaubzündbrennkammer austretenden und in den Brennraum des Dampferzeugers gerichteten Freistrahl, wobei die dazu erforderliche Verbrennungsluft zum großen Teil aus dem Brennraum des Dampferzeugers entnommen wird. Außerdem wird der aus dem Kühlluftschleier resultierende Luftüberschuß, der nicht dem Brennrohr als Verbrennungsluft zugeführt wird, über Rohrleitungen einem weiteren Ringraum, der als düsenförmige Verengung den Brennrohraustritt umgibt, zum Austritt in den Freistrahl zugeführt.The dominant further combustion of the pulverized coal, which does not burn in the Kohlenstaubzündbrennkammer due to the extreme lack of air, takes place in the accelerated from the Kohlenstaubzündbrennkammer emerging and directed into the combustion chamber of the steam generator free jet, the combustion air required for this is taken to a large extent from the combustion chamber of the steam generator , In addition, the resulting from the cooling air curtain excess air, which is not supplied to the combustion tube as combustion air, via pipes to another annulus, which surrounds the nozzle exit as a nozzle constriction, fed to exit into the free jet.

Mit der Brennkammergestaltung in Verbindung zur Kühlluftschleierausbildung kommt im äußeren Bereich des Brennrohres eine solche Rezirkulation zustande, die eine niedrige Brennraumbelastung gewährleistet und dadurch die Zündung mit geringer Zündenergie gestattet. Dadurch werden andere Brennmedien wie beispielsweise Heizöl zur Brennstaubbeimengung nicht mehr erforderlich.With the combustion chamber design in conjunction with the cooling air curtain formation comes in the outer region of the combustion tube such recirculation, which ensures a low combustion chamber load and thereby allows the ignition with low ignition energy. As a result, other combustion media such as fuel oil for Brennstaubbeimengung no longer required.

Die an der Außenwand des Brennrohres angebrachten Thermoelemente dienen als Signalelemente und können das Zu- bzw. Abschalten der Zündeinrichtungen bewerkstelligen.The attached to the outer wall of the combustion tube thermocouples serve as signal elements and can accomplish the switching on and off of the ignition devices.

Zur Stabilisierung des aus der Brennkammer austretenden Freistrahles und zur Unterstützung des Verbrennungsprozesses in der Brennkammer wird die Kühlschleierluft durch die Ringspalte des Brennrohres durch Einströmeinbauten mit einem weiteren Dralleffekt versehen, um die Ausbildung der Rezirkulationszone noch zu verstärken und die Freistrahlflamme entsprechend zu beeinflussen. Auch im düsenförmigen Ringraum am Ausgang der Brennkammer sind solche Einbauten möglich, um den Freistrahl effektiver zum Ausbrand zu bringen.To stabilize the free jet emerging from the combustion chamber and to support the combustion process in the combustion chamber, the cooling air is provided through the annular gaps of the combustion tube by Einströmeinbauten with a further swirl effect to reinforce the formation of the recirculation zone and to influence the free jet flame accordingly. Even in the nozzle-shaped annular space at the output of the combustion chamber such installations are possible to bring the free jet more effective for burnout.

Zur gezielten Beeinflussung des Freistrahles können entsprechend einem zusätzlich einsetzbaren Merkmal der Erfindung auch ein oder mehrere mit Druckluft oder Druckluft und Brennstaub beaufschlagten Nachbrenner in den Freistrahl gerichtet werden.For selectively influencing the free jet, according to an additionally usable feature of the invention, it is also possible to direct one or more afterburner pressurized with compressed air or compressed air and with combustible dust into the free jet.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Kohlenstaubzündbrennkammer.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a section through the Kohlenstaubzündbrennkammer invention.

Die Kohlenstaubzündbrennkammer besteht aus einem druckfesten Außengehäuse 1, in dem ein wärmeelastisch konstruiertes, in mehrere Segmente aufgeteiltes Brennrohr 2 lagert. Den Brennkammereintritt bildet eine zentral angeordnete axial wirkende Brennstoffzuführung 3, die von einem Brennstaub-Druckluft-Gemisch beaufschlagt wird. Diese mit hoher Brennstaubbelastung arbeitende pneumatische Förderung wird überlagert von der über die Dralleinrichtung 4 strömenden Verbrennungsluft.The Kohlenstaubzündbrennkammer consists of a pressure-resistant outer casing 1, in which a heat-elastic constructed, divided into several segments combustion tube 2 stores. The combustion chamber inlet forms a centrally arranged axially acting fuel supply 3, which is acted upon by a combustion dust-compressed air mixture. This working with high Brennstaubbelastung pneumatic delivery is superimposed by the flowing over the swirl device 4 combustion air.

Das Brennrohr 2 besitzt am Austritt eine düsenförmige Verengung 5, mit deren Hilfe das Verbrennungsprodukt auf eine optimale Geschwindigkeit beschleunigt wird. Das Brennrohr 2 erfährt durch Kühlluftzuführung aus dem Ringraum 6, zwischen Brennrohr 2 und Außengehäuse 1, über Ringspalte 15 einen Kühlschleiereffekt, denn die Verbrennungsluft und die Kühlluft werdenThe combustion tube 2 has at the outlet a nozzle-shaped constriction 5, with the aid of which the combustion product is accelerated to an optimum speed. The combustion tube 2 experiences by cooling air supply from the annular space 6, between the combustion tube 2 and the outer housing 1, via annular gaps 15, a cooling fog effect, because the combustion air and the cooling air

gemeinsam am Ende der Kohlenstaubzündbrennkammer über ein oder mehrere Rohranschlußstücke 7 tangential in dentogether at the end of the Kohlenstaubzündbrennkammer via one or more pipe fittings 7 tangentially in the

Ringraum 6 eingeleitet und so bereits verdrallt, ehe sie über die Dralleinrichtung 4 und über die Ringspalte 15 mit hoherAnnulus introduced 6 and so already twisted before they on the swirl device 4 and the annular gap 15 with high

Drallströmung in das Brennrohr 2 eintreten.Swirl flow enter the combustion tube 2.

Zur Erzielung günstiger Strömungsverhältnisse im Ringraum 6 wird mehr Luft eingebracht und die über den Anteil derTo achieve favorable flow conditions in the annular space 6 more air is introduced and the over the proportion of

Verbrennungsluft und der Kühlluft hinausgehende Menge im Bereich des Brennrohreintritts entnommen und über ein oderExtracted combustion air and the cooling air amount in the region of the combustion tube inlet and via a or

mehrere Rohrleitungen 8 und den Ringraum 9 in den Freistrahl 10 des aus der Kohlenstaubzündbrennkammer austretendenseveral pipes 8 and the annular space 9 in the free jet 10 emerging from the Kohlenstaubzündbrennkammer

Verbrennungsproduktes als zusätzliche Verbrennungsluft zugeleitet. Im Bereich der düsenförmigen Verengung 5 sind außerdem ein oder mehrere Nachbrenner 11 angeordnet, die bei Bedarf ein zusätzliches Kohlenstaub-Luft-Gemisch in den aus derCombustion product supplied as additional combustion air. In the region of the nozzle-shaped constriction 5 also one or more afterburner 11 are arranged, which, if necessary, an additional coal dust-air mixture in the from the

Kohlenstaubzündbrennkammer austretenden Flammenstrahl blasen und die bei nicht erforderlicher Nachverbrennung zurTo blow coal firing chamber exiting flame jet and the required if no afterburning

Einblasung von ausschließlich Druckluft mit dem Ziel der Beeinflussung des Freistrahles 10 dienen können.Blowing exclusively compressed air with the aim of influencing the free jet 10 can serve.

Mit Hilfe der mit geringer Zündenergie betriebenen Zündeinrichtung 12 wird die sichere Zündung des Brennstaubes in derWith the help of the low ignition energy operated ignition device 12, the reliable ignition of the fuel dust in the

Kohlenstaubzündbrennkammer bewerkstelligt.Kohlenstaubzündbrennkammer accomplished.

Durch die auf der Außenwand des Brennrohres 2 angeordneten Thermoelemente 14 kann bei entsprechender Temperatur die Zündeinrichtung 12 der Kohlenstaubzündbrennkammer abgeschaltet werden. Beim Verlöschen der Flamme in derBy arranged on the outer wall of the combustion tube 2 thermocouples 14, the ignition device 12 of the Kohlenstaubzündbrennkammer can be switched off at the appropriate temperature. When extinguishing the flame in the

Kohlenstaubzündbrennkammer infolge zeitweisem Überhandnehmen von nicht brennbaren Bestandteilen in dem zugeführten Kohlenstaub wird die Zündeinrichtung 12 solange zugeschaltet, bis wieder ein stabiler Verbrennungsprozeß in derKohlenstaubzündbrennkammer due to temporary prevalence of non-combustible components in the supplied pulverized coal, the ignition device 12 is switched on until until a stable combustion process in the

Kohlenstaubzündbrennkammer erreicht ist.Kohlenstaubzündbrennkammer is reached.

Claims

1. Kohlenstaubzündbrennkammer containing a composite of several segments combustion tube, a burner with twisting device, an igniter and a nozzle-shaped constriction at the combustion tube outlet, wherein a through a flameproof outer housing, through which the hot zone of the pulverized coal combustion tube and formed by a partition annular space air inlet openings and is connected by means of one or more pipes with nozzle-shaped end in the region of the burner outlet, characterized in that the guide for the introduction of air into the annular space (6) runs tangentially and the coal dust volume-dependent length-diameter ratio of the combustion tube (2) at equivalent flow conditions

в χ -L = o, 8 to 3.0

D ²