DD262706A1 - Kohlenstaub - haupt- oder zuendbrenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstaub-Haupt- oder -Zuendbrenner mit einem das Primaergemisch fuehrenden Innenrohr und einer ausserhalb einer Muffel angeordneten Sekundaerluftzufuehrung, wobei der Eintritt des Innenrohres mit einem Ansaugrohr und der Austritt des Innenrohres mit der eine Ruecksprungstufe bildenden Muffel verbunden ist. Zur Verbesserung der Zuendung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches soll durch konstruktive Ausbildung des Brenners der erforderliche O2-Anteil erhoeht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Eintritt des Innenrohres in Laengsrichtung frei beweglich ueber einen freien Querschnitt mit dem Ansaugrohr verbunden ist und dass der freie Querschnitt und die Sekundaerluftzufuehrung in einem gemeinsamen Heissluftgehaeuse eingebunden sind. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstaub-Haupt- oder Zündbrenner für kohlenstaubgefeuerte Wärmeanlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Zündung eines Kohlenstaub-Luft-Gemisches in der Brennkammer eines Dampferzeugers beim Anfahren ist es erforderlich, eine Zündbrenner-Anlage auf Gas- oder Heizölbasis in Betrieb zu nehmen. Um diese hochwertigen Primärenergieträger für Verbrennungszwecke zu mindern oder in Wegfall zu bringen, ist es bekannt, Zündbrenner-Anlagen mit aufbereitetem Kohlenstaub zu betreiben. Dazu bedarf es jedoch erheblicher anlagentechnischer Voraussetzungen, da der aufbereitete Kohlenstaub entweder aus einem Abscheider-Bunker-System oder über Verbindungsleitungen aus einem in Betrieb befindlichen Dampferzeuger gewonnen wird.

Bei Verwendung von feuchtem Kohlenstaub zu Zündzwecken ist es bekannt, eine glühende Brennstoffschicht auf einem Rost in der Brennkammer herzustellen, darüber den feuchten Kohlenstaub abzulagern, aufzutrocknen und zu zünden. Dazu bedarf es ebenfalls anlagentechnischer Voraussetzungen und hoher Aufwendungen zur Schaffung der glühenden Brennstoffschicht. Die Versuche, feuchten Kohlenstaub in einem Brenner so aufzubereiten, daß eine Zündung möglich sein soll, haben keine für eine Realisierung geeignete Lösung erbracht.

Die bekannten Zündbrenner mit radialer und/oder tangentialer Einblasung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches und der Sekundärluft sind nur dann betriebssicher, wenn besondere Langzeitzündbrenner angeordnet sind. Außerdem sind Betriebsstörungen infolge Verstopfungen durch Kohlenstaub zu erwarten

Weiterhin ist nur eine anlagenintensive Zuordnung innerhalb der betrieblichen Anlage möglich.

Es ist weiterhin bekannt, einen Kohlenstaubzündbrenner so auszubilden, daß am Austritt des das Kohlenstaub-Luft-Gemisch führenden Ansaugrohrs eine steuerbare dampfbeaufschlagte Ejektorringdüse angeordnet ist (DD-PS 156196). Durch diesen Zündbrenner wird zwar die Zündstabilität des Kohlenstaub-Luft/Dampf-Gemisches ohne aufwendige Zündeinrichtung (Öl-, Gas- oder Elektrobetrieb) wesentlich verbessert, jedoch hat sich herausgestellt, daß der ständige Heißdampfbedarf zum Betrieb der Ejektorringdüse erhebliche Kosten verursacht. Die Zündunterstützung durch rezirkulierende heiße Gase am Brenneraustritt wird nur wenig genutzt. Außerdem ist bekannt, einen Kohlenstaub-Wirbelzündbrenner so auszubilden, daß zentrisch um ein einen Ölzündbrenner aufweisendes Zentralrohr ein Innenrohr und ein Außen rohr angeordnet ist. Durch Ausbildung der Zuströmung und Umlenkung soll eine Verkürzung der Betriebszeit des Ölzündbrenners und eine schnelle und stabile Zündung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches erreicht werden.

Ein derart ausgebildeter Kohlenstaub-Wirbelzündbrenner weist jedoch den Nachteil auf, daß die notwendige Rezirkulation am Brennermund über mit hohem Druckverlust behafteten Drall des Sekundärgemisches und/oder mit über zu Verschleiß und Verstopfung neigenden Drallschaufeln zur Drallerzeugung des Primärgemisches erzeugt wird.

Es sind weiterhin Kohlenstaub-Wirbelbrenner als Haupt- und Zündbrenner sowie Rundbrenner bekannt, bei welchen mit einem um das Primärgemisch-Einblaserohr ein Sekundärluftrohr angeordnet ist oder umgekehrt und am Brenneraustritt eine runde oder kegelförmige Muffel angeordnet ist, welche durch ihre Aufwärmung das Gemisch von Primärgemisch und Sekundärluft vorwärmt und die Zündung unterstützt. Dabei besteht der Nachteil, daß die Muffelwärme zur Aufwärmung des gesamten Gemisches genutzt wird und damit der Muffelwärmeanteil pro zu zündendem Brennstoffanteil sehr gering ist. Weiterhin wird die fehlende Zündwärme durch Rezirkulation von heißen Brenngasen dem Brenneraustritt zugeführt. Bei minderwertigem Brennstoff oder kalter Brennkammer sind diese Rezirkulationsgase kalt bzw. besitzen nicht die nötige Temperatur bzw. ihre Menge reicht nicht aus, so daß die Zündung des Brennstoffes nicht gewährleistet ist. Der Einsatz von Stützbrennern mittels Öl oder Gas ist erforderlich.

Es ist ein Kohlenstaub-Zündbrenner vorgeschlagen worden, derein das Primärgemisch führende Innenrohr und eine außerhalb einer Muffel angeordnete Sekundärluftzuführung aufweist, wobei der Eintritt des Innenrohres mit einem Absaugrohr und der Austritt des Innenrohres mit der eine Rücksprungstufe bildenden Muffel verbunden ist (DD-PS —WP F 23 D/241 547).

Während bei einem Kohlenstaub-Zündbrenner mit hoher Staubbeladung und Luft als Fördermedium eine gute Zündung in der Rücksprungstufe gewährleistet ist, bleibt die Rücksprungstufe bei einem Kohlenstaub-Hauptbrenner aufgrund der geringen Staubbeladung und des geringen O₂-Anteils im Fördermedium ohne Wirkung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, einen Kohlenstaub-Zünd- oder Hauptbrenner so auszubilden, daß eine schnelle und stabile Zündung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches erreicht ist, ohne daß eine längere Betriebszeit einer Zündeinrichtung erforderlich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kohlenstaub-Zünd- oder Hauptbrenner so auszubilden, daß der für eine schnelle und stabile Zündung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches erforderliche O₂-Anteil erhöht wird.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der Eintritt des Innenrohres in Längsrichtung frei beweglich über einen freien Querschnitt mit dem Ansaugrohr verbunden ist und daß der freie Querschnitt und die Sekundärluftzuführung in einem gemeinsamen Heißluftgehäuse eingebunden sind.

Ausführungsbeispiel

An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen im Prinzip:

Fig. 1: den Kohlenstaub-Hauptbrenner mit Rücksprungstufe im Prinzip (Draufsicht, geschnitten), Fig. 2: die Anordnung von Kohlenstaub-Hauptbrennern mit Luftkasten als Brennerblock im Längsschnitt, Fig. 3: die Anordnung des Primärluftaustritts mit freiem Querschnitt (Schnitt AA nach Fig. 2).

Das Innenrohr 1 mit der austrittsseitigen Stolperkante 2 bildet mit der Muffel 3 die Rücksprungstufe 4 des Kohlenstaub-Hauptbrenners (Fig. 1). Um die Muffel 3 mit der kegelförmigen Erweiterung 5 bilden die Luftrohre 6 die ringförmige Sekundärluftzuführung 7, die die Leitschaufeln 11 aufweist.

In den konisch erweiterten Teil 8 des Innenrohres 1 ist das Ansaugrohr 9 (bzw. ein rechteckiger Kohlenstaubkanal) so gesteckt, daß der freie Querschnitt 10 gebildet ist.

Der freie Querschnitt 10 und die ringförmige Sekundärluftzuführung 7 sind zum Zwecke der Luftzuführungen in das Heißluftgehäuse 12 eingebunden.

Die zwei übereinander angeordneten Hauptbrenner 13; 13.1 (Fig.2) bestehen aus dem Innenrohr 1 mit der kegelförmigen Erweiterung 8, der Muffel 3, der ringförmigen Sekundärluftzuführung 7 mit Leitschaufeln 11, der Rücksprungstufe 4 mit Stolperkante 2 und der kegelförmigen Erweiterung 5. Diese Teile werden als einheitliche Brenner-Hauptgruppe vorgefertigt. Dabei ist die Rücksprungstufe 4 zum Verschleißschutz im zylindrischen Teil der Muffel 3 mit einem Stahlmantel versehen. Außerdem ist die ringförmige Sekundärluftzuführung 7 als äußerer Teil in die Muffel 3 mit eingeordnet.

Zwei Brenner-Baugruppen 13; 13.1 werden in einen Rahmen 14 eingesetzt, welcher mittels Lager 15 am Gerüst befestigt ist und ander Brennkammerrohrwand 16 anliegt (Fig. 1 und 2). Die Anzahl der Rahmen 14 mit je zwei Brennergruppen 13; 13.1 richtet sich nach den technologischen Notwendigkeiten und sie sind nebeneinander angeordnet. An den Rahmen 14 ist das um die Brennergruppen 13; 13.1 angeordnete Heißluftgehäuse 12 angeordnet. Das Ansaugrohr 9 ist an den Kohlenstaub-Kanal 17 von z. B. zwei Ventilatormühlen angeschlossen, durch den rückwärtigen Teil des Heißluftgehäuses 12 geführt, dort abgedichtet und mit ihrem Austrittsquerschnitt bei der Montage in den konischen Teil 8 des Innenrohres 1 frei durchgesteckt. Die Führung des Ansaugrohres 9 im konischen Teil 8 der Innenrohre 1 erfolgt über Haltebleche 18. Die Haltebleche 18 sind wahlweise mit dem Innenrohr 1 oder dem Ansaugrohr 9 verschweißt, so daß eine Führung gewährleistet ist. Derfreie Querschnitt 10 wird über angeschweißte Sperrleisten 19 festgelegt (Fig. 3).

Die Wirkungsweise ist folgende

Die Ventilatormühle fördert über die Kohlenstaubkanäle 17 Kohlenstaub-Fördergas-Gemisch 20 zum Ansaugrohr 19. Dieses tritt in das Innenrohr 1 ein. Gleichzeitig strömt aus dem Heißluftgehäuse 12, in welchem sich je nach Anfahrzustand des Dampferzeugers Warmluft mit geringer Pressung befindet, über den freien Querschnitt 10 gesteuert Primärluft 21 in das Innenrohr 1. Wegen der Saugwirkung des Kohlenstaub-Fördergas-Gemisches 20 wird dabei diese Primärluft annähernd geschwindigkeitsgleich angesaugt und vermischt sich nur wenig mit dem Fördergas. Die Primärluft 21 strömt deshalb vorwiegend nur an der Innenwandung des Irinenrohres 1 und nimmt aus dem Kohlenstaub-Fördergas-Gemisch 20 feine Kohlenstaubteilchen 22 auf. Dadurch entsteht im Randbereich des Innenrohres ein zündfähiges Kohlenstaub-Luft-Gemisch 23. Die plötzliche Querschnittserweiterung der Rücksprungstufe 4 führt in Verbindung mit der Stolperkante 2 zu einem stabilen ringförmigen Wirbel 24 aus Kohlenstaub-Luft-Gemsich 23.

Bei Inbetriebnahme des Brenners wird das austretende Kohlenstaub-Luft-Gemisch 23 über unterhalb des Brenners in der Brennkammerwand 1 angeordnete Kohlenstaub- oder Öl-Zündbrenner gezündet. Dabei wärmt sich das Kohlenstaub-Luft-Gemisch 23 schnell auf. Dies führt zur Bildung eines heißen brennenden Wirbels 24 im Bereich der Rücksprungstufe 4 und zur Aufwärmung der Muffel 3. Der Wirbel 24 hält die Zündung des Primärgemisches stabil im Bereich der Muffel bzw. in geringem Abstand von der Muffel.

-3- ZD^ /UO

Nach einem stabilisierenden Betriebszeitraum wird mit der erhöhten Kohleaufgabe auf die Mühle auch die Pressung der vorgewärmten Luft im Heißluftgehäuse 12 erhöht und es strömt mehr Primärluft 21. Ebenfalls wird über die Sekundärluftzuführung 7 mehr Sekundärluft 25 mittels der Leitschaufeln 11 verdrallt und zur Sicherung des vollständigen Ausbrandes der Flamme genutzt, wobei jetzt durch die stufenweise Zumischung der Luft über die sich bildende äußere Wirbelströmung eine verringerte NO_x-Bildung bei der Verbrennung auftritt.

Zur Steuerung der zugeführten Luft 21; 25 ist der freie Querschnitt 10 und/oder die Sekundärluftzuführung mit verstellbaren Elementen, z. B. Klappen, zu versehen.

In diesem Fall ist die Inbetriebnahme und der Dauerbetrieb mit unterschiedlichen Primär- und Sekundärluftanteilen betreibbar.

Für Kohlenstaub-Zündbrenner ist Ausführung und Betriebsweise äquivalent.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1. Durch den freien Querschnitt wird ein örtlich am Brennerrand begrenztes zündfähiges Kohlenstaub-Luft-Gemisch für die stabile Zündung gebildet. Dabei wird nur wenig Luft im Zündbereich zugemischt.

2. Das zündfähige Gemisch wird nur im Bereich der zündfördernden Rücksprungstufe gebildet.

3. Es wird Heizöl eingespart. Erhöhte Teillast der Hauptbrenner und des Dampferzeugers ist ohne Stützbrenner möglich.

4. Das Flammengemisch verbrennt wegen der späten Sekundärluftzugabe Schadstoff- unsbesondere NO_x-arm.

5. Die Brenner können als Baukasten für Brennergruppen in der Vorfertigung vormontiert werden.

6. Durch die seitliche Arretierung der Brennergruppen im Rahmen entfällt die Einmauerung.

7. Die Arretierung der Brennergruppen im Rahmen mit dem Einschub bis zur Brennkammerrohrwand kann bei der Montage mit erhöhten Toleranzen erfolgen, da der freie Durchtritts-Querschnitt des Innenrohres mit dem Ansaugrohr bzw. Kohlenstaubkanal über die Sperrleisten anpaßbar und in Längsrichtung verschiebbar ist.

8. Bei Feuerraumpulsationen und Kesselgerüstschwingungen erfolgt nur eine geringe Kraftübertragung auf das Kohlenstaubleitungs-und Mühlensystem.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Kohlenstaub-Haupt- oder Zündbrenner mit einem das Primärgemisch führenden Innenrohr und einer außerhalb einer Muffel angeordneten Sekundärluftzuführung, wobei der Eintritt des Innenrohres mit einem Ansaugrohr und der Austritt des Innenrohres mit der eine Rücksprungstufe bildenden Muffel verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Eintritt des Innenrohres in Längsrichtung frei beweglich über einen freien Querschnitt mit dem Ansaugrohr verbunden ist und daß derfreie Querschnitt und die Sekundärluftzuführung in einem gemeinsamen Heißluftgehäuse eingebunden sind.
2. 2. Brenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß derfreie Querschnitt des Primärlufteintrittes über Sperrleisten fest oder verstellbar gebildet und das Ansaugrohr im Innenrohr über Haltebleche geführt ist.
3. 3. Brenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Muffel mit Rücksprungstufe, Sekundärluftzuführung und Innenrohr als vorgefertigte Brennerbaugruppe ausgebildet ist.
4. 4. Brenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein oder mehrere Brennerbaugruppen in einem am Gerüst gelagerten Rahmen angeordnet sind und den Heißluftkasten aufnehmen.