DD260313A1 - Vorrichtung zum zuenden und ueberwachen von wirbelschichtbrennerrosten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Zuenden und Ueberwachen von Wirbelschichtbrennerrosten, die zur Verbrennung von gasfoermigen oder fluessigen Brennstoffen in direkt beheizten Feststoffwirbelschichten angewendet werden. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Pilotbrenner ueber eine separate Brennkammer mit einer Wirbelschicht verbunden ist, wobei diese Brennkammer ueber einen Rauchgaskanal mit einem Laengen-Durchmesser-Verhaeltnis 2 derart in die Wirbelschicht muendet, dass der Abstand zwischen der Muendung des Rauchgaskanales und einem Brennerelement des Brennerrostes gleich oder kleiner dem Abstand zwischen den einzelnen Brennerelementen ist und der heisse Rauchgasstrahl eine Mindesttemperatur von 1 000C sowie eine Mindestaustrittsgeschwindigkeit von 10 m/s besitzt. Dadurch wird erreicht, dass ein Eindringen der in der Wirbelschicht befindlichen Feststoffteilchen in Richtung Zuendelektrode verhindert wird. Somit wird es moeglich, dass der Brennerrost auch bei Vorhandensein einer kalten Feststoffwirbelschicht sofort im beladenen Zustand gezuendet und durch die staendige Verbindung des Rauchgasstrahles des Pilotbrenners ueber Brennkammer und Rauchgaskanal mit einem Brennerelement ueberwacht werden kann.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Zünden und Überwachen von Wirbelschichtbrennerrosten, die zur Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen in direkt beheizten Feststoffwirbelschichten angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur direkten Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe in der Wirbelschicht sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, die aus einer Vielzahl gleichmäßig über den Reaktorquerschnitt verteilter, ein- oder zweikanaliger Zuführungseinrichtungen mit horizontalem oder vertikalem Austritt des Gas-Luft-Gemisches in die Feststoffwirbelschicht bestehen (WP 143817). Bei derartigen Brennerrosten ist es allgemein bekannt, daß die Zündung nur bei geleertem Wirbelschichtreaktor erfolgen kann, indem über eine Zündöffnung eine brennende Gaslunte in den Wirbelschichtofen derart eingeführt wird, daß beim Ausströmen des Gas-Luft-Gemisches die Zündung erfolgt. Danach wird die Lunte entfernt, die Zündöffnung geschlossen und der Feststoff bis zur Ausbildung der Wirbelschicht zugeführt.

In diesem Zusammenhang sind auch automatische Zündbrenner für den Einsatz in Kesselanlagen oder an deren Industrieofenfeuerungen mit feststofffreiem Feuerungsraum bekannt (SU-UHS 569807). Derartige Zündbrenner sind jedoch für Feststoffwirbelschichten nicht einsetzbar, da die Zündelektrode durch den ständigen Kontakt mit dem wirbelnden Feststoff der Verschmutzung und einem hohen mechanischen Verschleiß unterliegt. Nach kurzer Zeit verhindern zwischen die Elektrode eingeklemmte Feststoffteilchen der Wirbelschicht deren Funktion.

Der Nachteil der bekannten Zündeinrichtungen besteht darin, daß sie bestenfalls für die Zündung von Leerreaktoren geeignet sind. Nach erfolgter Zündung müssen sie aus dem Bereich der Feststoffwirbelschicht entfernt werden. Damit sind sie nicht für eine ständige Überwachung desVerbrennungsprozesses in der Wirbelschicht einsatzfähig, d.h. in der Funktion eines Stützbrenners zur Stabilisierung des Verbrennungsprozesses in der Wirbelschicht. Das ist aber besonders dann notwendig, wenn die Brennstoffverbrennung in der Wirbelschicht in einem Temperaturbereich unter oder kurz über der Zündgrenze des Brennstoffes erfolgt und somit die Gefahr des Abreißens der Flamme von den Brennerelementen des Brennerrostes besteht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die automatische Zündung und Überwachung von kalten Feststoffwirbelschichten, insbesondere im Temperaturbereich unter der Zündgrenze des Brennstoffes.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Mängeln der bekannten technischen Lösungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung bereitzustellen, die eine automatische Zündung von Wirbelschichtbrennerrosten unter den Bedingungen das Vorhandensein einer kalten Feststoffwirbelschicht ermöglicht und den Aufheizungsvorgang bis zum Erreichen der Zündtemperatur des Brennstoffes entsprechenden Wirbelschichttemperatur überwacht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Pilotbrenner, der als Zünd- und Überwachungsbrenner fungiert, über eine separate Brennkammer mit einer Wirbelschicht verbunden ist, wobei diese Brennkammer über einen Rauchgaskanal mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis > 2 derart in die Wirbelschicht mündet, daß der Abstand zwischen der Mündung des Rauchgaskanales und einem Brennerelement des Brennerrostes gleich oder kleiner dem Abstand zwischen den einzelnen Brennerelementen ist und der heiße Rauchgasstrahl eine Mindesttemperatur von 1000⁰C und eine Mindestaustrittsgeschwindigkeit von 10 m/s aufweist.

Dadurch wird erreicht, daß ein Eindringen der in der Wirbelschicht befindlichen Feststoffteilchen in Richtung Zündelektrode verhindert wird und somit deren Funktion stets erhalten bleibt. Von erfindungswesentlicher Bedeutung für das Zünden der kalten Feststoffwirbelschicht ist der Abstand zwischen der Mündung des Rauchgaskanales und einem Brennerelement, der gleich oder kleiner dem Abstand zwischen den einzelnen Brennerelementen sein muß.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nun folgende:

Zunächst erfolgt die Inbetriebnahme der Feststoffwirbelschicht im Reaktor mit Luft. Anschließend wird der Pilotbrenner in Betrieb gesetzt, und der dabei entstehende Rauchgasstrahl gelangt über die Brennkammer und durch den Rauchgaskanal in unmittelbare Nähe eines Brennerelementes. Nach Austritt des Brennstoffes aus den einzelnen Brennerelementen in die Wirbelschicht erfolgt die Zündung des Brennerrostes.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 erläutert.

An der Reaktorwand 7 eines Wirbelschichtreaktors 3 ist in einem schräg nach oben gerichteten Stutzen die komplette Zünd- und Überwachungsvorrichtung angeflanscht. Diese besteht im wesentlichen aus dem Pilotbrenner 1 mit den Zünd- und Überwachungselektroden 8, der Dralleinrichtung 10, dem Luftkasten mit der luftgekühlten Doppelwand 9 und der Brennkammer 2, die durch den Rauchgaskanal 4 mit dem Wirbelschichtreaktor 3 verbunden ist. Die Anordnung ist so gewählt, daß sich die Mündung des Rauchgaskanals 4 in einer Entfernung vom Brennerelement 5 befindet, die gleich oder kleiner der Entfernung zwischen benachbarten Brennerelementen 5 ist

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert nun wie folgt:

Nachdem die kalte Feststoffwirbelschicht mit Luft aus den Brennerelementen 5 in Betrieb gesetzt wurde, wird mittels Zündelektrode 8 der Pilotbrenner 1 gezündet. Die Überwachungselektrode 8 sorgt jetzt für die Gaszufuhr der Brennerelemente 5 des Wirbelschichtreaktors 3, so daß die aus dem Rauchgaskanal 4 ausströmenden heißen Rauchgase das aus den Brennerelementen 5 ausströmende Gas-Luft-Gemisch und somit die Wirbelschicht zünden.

Die Doppelwand 9 sorgt für eine Umlenkung des Luftstromes um 180° und somit einmal für die Kühlung der Außenwand und zum anderen für die Luftvorwärmung der Verbrennungsluft des Pilotbrenners. Im Anfahrzustand, d. h. bei kalter Feststoffwirbelschicht hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Luft und Brenngas entgegengesetzt zu verdrallen, um eine turbulente und damit stabile Flamme zu erzeugen. Nach Erreichen des thermischen Gleichgewichtszustandes wird eine Verdrallung von Luft und Brenngas in gleicher Richtung eingestellt, da zur einwandfreien Funktion der Flammenüberwachung eine ruhige Flamme günstiger ist.

Der entscheidende Vorteil der beanspruchten Lösung besteht darin, daß der Brennerrost eines Wirbelschichtreaktors auch bei Vorhandensein einer kalten Feststoffwirbelschicht sofort im beladenen Zustand gezündet und durch die ständige Verbindung des Rauchgasstrahles des Pilotbrenners über Brennkammer und Rauchgaskanal mit einem Brennerelement überwacht werden kann. Durch diese Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung, als Stützbrenner während des gesamten Ofenbetriebes zu wirken, ist es möglich, die Arbeitstemperatur der Wirbelschicht auf oder sogar unter die Zündtemperatur des im Reaktor verbrennenden Brennstoffes zu senken, ohne daß es zu einem Flammenabriß an den einzelnen Brennerelementen kommt. Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit, den Zündbrenner während des Ofenbetriebes aus dem Bereich der heißen Feststoffwirbelschicht zu entfernen, da durch die Brennkammer bzw. das gewählte Längen-Durchmesser-Verhältnis des Rauchgaskanals und auf Grund der hohen Austrittsgeschwindigkeit des Rauchgasstrahles ein Eindringen von Feststoffteilchen in Richtung Zündelektrode verhindert wird.

Claims (2)

1. Patentanspruch:

   1. Vorrichtung zum Zünden und Überwachen von Wirbelschichtbrennerrosten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilotbrenner (1) über eine separate Brennkammer (2) mit einer Wirbelschicht (3) verbunden ist, wobei diese Brennkammer (2) über einen Rauchgaskanal (4) mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis > 2 derart in die Wirbelschicht (3) mündet, daß der Abstand zwischen der Mündung des Rauchgaskanales (4) und einem Brennerelement (5) des Brennerrostes (6) gleich oder kleiner dem Abstand zwischen den einzelnen Brennerelementen (5) ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) teilweise von einer luftgekühlten Doppelwand (9) umgeben wird.