DE10019114A1

DE10019114A1 - Feuerung und Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub

Info

Publication number: DE10019114A1
Application number: DE2000119114
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Thierbach
Original assignee: BBP Energy GmbH
Current assignee: BBP Energy GmbH
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-10-25

Abstract

In einer Feuerung mit einem vertikalen, im Wesentlichen quadratischen Feuerraum (1) zur Verbrennung von Kohlenstaub sind in zwei der vier Feuerraumwänden (2, 3) einander gegenüberliegend Drallbrenner (4) und Luftdüsen (9) angeordnet und im Wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand (2) ausgerichtet. Die Drallbrenner (4) weisen einen zentralen Kohlenstaub-Primärluft-Strom auf, der von einem verdrallten Sekundärluftstrom umgeben ist. Die Drallbrenner (4) und/oder die Luftdüsen (9) sind in einer oder mehreren Ebenen übereinander und jeweils innerhalb einer Ebene asymmetrisch zu einer Mittelebene (11) angeordnet und jeweils tangential auf einen imaginären Kreis (13) innerhalb des Feuerraumes (1) ausgerichtet, so dass in dem Feuerraum (1) eine vertikale, rotierende Drallströmung erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feuerung mit einem vertikalen, im Wesentlichen quadratischen Feuerraum sowie ein Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 bzw. 5.

Eine derartige als Gegenfeuerung bezeichnete Feuerung ist eine bekannte Technologie, für die umfangreiche Erfahrungswerte vorliegen. Die für die gattungsgemäße Gegenfeuerung verwendeten Drallbrenner zeichnen sich, bedingt durch den von einem verdrallten Sekundärluftstrom umgebenden zentralen Kohlenstaub- Primärluft-Strom, durch eine stabile Flamme und eine intensive Anzündung aus, woraus sich eine effektive Ausnutzung der Verweilzeit der Verbrennungspartnern in der Flamme und eine effektive Stufung der Verbrennungsluft am Brenner ergibt. Damit die Ausbildung der Flamme eines Drallbrenners durch die Feuerraumwände nicht behindert wird, müssen die Drallbrenner im Wesentlichen senkrecht zur Wand in den Feuerraum abstrahlen. Die Vermischung der Rauchgase innerhalb des Feuerraumes ist ungünstig bei bekannten Gegenfeuerungen, weil keine definierte Strömung zur Mischung im Feuerraum generiert wird.

Eine Verbesserung der Vermischung der Rauchgase innerhalb des Feuerraumes lässt sich dadurch erreichen, dass die Brenner so in den Feuerraum ausgerichtet werden, dass die austretenden Strahlen auf einen imaginären Kreis gerichtet sind. Dies lässt sich bei Strahlbrenners durch eine winklige Anordnung der Brenner bewerkstelligen. Eine winklige Ausrichtung der Drallbrenner verbietet sich aus den zuvor genannten Gründen.

Aus der DE-PS 197 49 431 ist eine Feuerung bekannt, bei der in allen vier Feuerraumwänden Drallbrenner und Seitenluftdüsen vorgesehen sind. Diese Drallbrenner und diese Seitenluftdüsen sind in jeder Horizontalebene exzentrisch angeordnet. Dadurch sind die aus den Drallbrennern und den Seitenluftdüsen austretenden Strahlen jeweils auf einem imaginären Kreis ausgerichtet. Auf diese Weise entsteht bei einer Allwandfeuerung innerhalb der Feuerraumes eine vertikale Feuerwalze, durch die eine Vermischung der Verbrennungsgase bewirkt wird. Dies führt bei der bekannten Allwandfeuerung zu einer guten Vermischung der Verbrennungsgase im Feuerraum und zu einer definierten Strömung in weiten Bereichen des Feuerraumes. Das bringt eine Verbesserung des Ausbrandes des Brennstoffes, die Möglichkeit, die Gesamtluftzahl des Verbrennungsprozesses abzusenken sowie flachere Temperatur- und Geschwindigkeitsprofile mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße, mit Drallbrennern versehene Gegenfeuerung so zu gestalten, dass eine gute Vermischung der Verbrennungsgase im Feuerraum erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Feuerung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Ein Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub in der Feuerung ist in dem Anspruch 5 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Erfindung gelingt es auch bei einer mit Drallbrennern versehenen Gegenfeuerung die sich bei einer Allwandfeuerung einstellende vertikal rotierende Drallströmung zu erreichen. Auf diese Weise werden die mit Drallbrennern verbundenen Vorteile mit denen der bekannten Allwandfeuerung kombiniert und bei einer konstruktiv verhältnismäßig einfachen Gegenfeuerung angewendet. Die Erfindung lässt sich auf eine klassische Boxerfeuerung anwenden, bei der die rotierende Drallströmung durch die Luftdüsen generiert wird, und ebenso auf eine horizontal versetzte Gegenfeuerung, bei der die rotierende Drallströmung durch die Drallbrenner generiert und durch die Luftdüsen verstärkt wird.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Querschnitt durch einen Feuerraum zur Verbrennung von Kohlenstaub,

Fig. 2 die Seitenansicht zu Fig. 1

Fig. 3 den Querschnitt durch einen Feuerraum gemäß einer anderen Ausführungsform und

Fig. 4 die Seitenansicht zu Fig. 3.

Ein vertikaler, zu einem Dampferzeuger gehörender Feuerraum 1 zur Verbrennung von Kohlenstaub weist einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf. In zwei der einander gegenüber liegenden Wänden 2 des Feuerraumes 1 sind in einer oder in mehreren Ebenen übereinander ein oder mehrere Brenner angeordnet.

Die Brenner sind als Drallbrenner 4 ausgebildet und weisen einen zentralen Kanal 5 auf, der von einem Ringkanal 6 umgeben ist. Dem zentralen Kanal 5 wird ein Kohlenstaub-Primärluft-Gemisch und dem Ringkanal 6 wird Sekundärluft zugeführt. In dem Ringkanal 6 ist eine schematisch angedeutete Dralleinrichtung 7 angeordnet, die der Sekundärluft einen Drall aufzwingt. Auf diese Weise wird ein zentraler Kohlenstaub-Primärluft-Strom gebildet, der von einem verdrallten Sekundärluftstrom umhüllt ist. An Stelle oder zusätzlich zu der Sekundärluft kann auch die Primärluft verdrallt werden. Nach der Zündung des Drallbrenners 4 entsteht eine Drallflamme 8, wie in den Fig. 1 und 3 durch Pfeile angedeutet ist. Die Drallbrenner 4 sind im Wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand 2 ausgerichtet, so dass die Drallbrenner 4 im Wesentlichen senkrecht in den Feuerraum 1 ausblasen.

Seitlich von den Drallbrennern 4 und in der gleichen Ebene wie diese sind in den die Drallbrenner 4 aufnehmenden Feuerraumwänden 2 Luftdüsen 9 angeordnet, durch die eine weitere Menge an Sekundärluft als Seitenluft in den Feuerraum 1 eingeblasen wird. Die Luftdüsen 9 sind ebenso wie Drallbrenner 4 senkrecht zu der Feuerraumwand 2 angeordnet, so dass die Luftdüsen 9 senkrecht in den Feuerraum 1 eingeblasen. Oberhalb der obersten Brennerebene können nicht gezeigte Oberluftdüsen zur Zuführung von Ausbrandluft vorgesehen sein.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Feuerung ist als Boxerfeuerung ausgebildet, bei der die Drallbrenner 4 in den gegenüberliegenden Feuerraumwänden 2 koaxial zueinander angeordnet sind. Sind in einer Ebene mehrere Drallbrenner 4 vorgesehen, so liegen sie symmetrisch zu einer parallel zu der Achse 12 der Drallbrenner 4 verlaufenden Mittelebene. Die Luftdüsen 9 sind asymmetrisch oder exzentrisch zu dieser Mittelebene 11 angeordnet. Gemäß der Fig. 1 sind zwei Drallbrenner 4 und eine Luftdüse 9 vorgesehen, wobei die Luftdüsen 9 in den gegenüberliegenden Feuerraumwänden 2 versetzt zueinander und zwischen einem Drallbrenner 4 und der benachbarten Feuerraumwand 3 angeordnet sind. Die Luftdüsen 9 sind so ausgerichtet, dass die aus ihnen austretenden Seitenluftströme 10 tangential auf einen imaginären Kreis 13 innerhalb des Feuerraumes 1 gerichtet sind. Auf diese Weise erzeugen die Seitenluftströme 10 bei senkrecht ausblasenden Drallbrennern 4 eine vertikale rotierende Drallströmung innerhalb des Feuerraumes 1.

Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Gegenfeuerung sind die Drallbrenner 4 horizontal versetzt zueinander in zwei gegenüber liegenden Feuerraumwänden 2 und asymmetrisch oder exzentrisch zu der Mittelebene 11 angeordnet. Wie bei der zuvor beschriebenen Boxerfeuerung sind auch bei dieser Gegenfeuerung seitlich von den Drallbrennern 4 Luftdüsen 9 vorgesehen. Diese Luftdüsen 9 sind exzentrisch zu der Mittelebene 11 und in den gegenüber liegenden Feueraumwänden 2 horizontal versetzt zueinander angeordnet. Die Drallbrenner 4 und die Luftdüsen 9 sind tangential auf jeweils einen imaginären Kreis von unterschiedlichen Durchmessern ausgerichtet. Aufgrund ihrer asymmetrischen Anordnung erzeugen die Drallbrenner 4 die vertikale, rotierende Drallströmung innerhalb des Feuerraumes 1. Die aus den Luftdüsen 9 austretenden Seitenluftströme 10 unterstützen die Ausbildung der rotierenden Drallströmung. Durch eine Änderung der Austrittsgeschwindigkeit der Seitenluftströme 10 kann die Drallintensität der rotierenden Feuerraum- Drallströmung beeinflusst werden.

Oberhalb einer oder jeder Ebene der Drallbrenner 4 sind in den beiden von Brennern freien Feuerraumwänden 3 weitere Luftdüsen 14 vorgesehen. Diese Luftdüsen 14 sind in Wandnähe und quer zu der Achse 12 der Drallbrenner 4 angeordnet. Die aus diesen weiteren Luftdüsen 14 austretenden Luftströme 15 stören die Flamme 8 der Drallbrenner 4 nicht. Sie sind tangential auf einen imaginären Kreis ausgerichtet, der mit dem den Luftdüsen 9 zugeordneten Kreis identisch sein kann.

Durch die seitlich von den Drallbrenner 4 angeordneten Luftdüsen 9 wird 5 bis 40% der für die stöchiometrische Verbrennung des Kohlenstaubes notwendige Luftmenge zugeführt. Sind die weiteren, oberhalb der Brennerebene vorgesehenen Luftdüsen 14 installiert, so wird durch diese Luftdüsen 5 bis 10% und durch die Luftdüsen 9 in der Brennerebene 5 bis 30% der stöchiometrischen Luftmenge eingebracht.

Claims

1. Feuerung mit einem vertikalen, im Wesentlichen quadratischen Feuerraum (1) zur Verbrennung von Kohlenstaub, bei der in zwei der vier Feuerraumwänden (2, 3) einander gegenüberliegend Drallbrenner (4) und Luftdüsen (9) angeordnet und im Wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand (2) ausgerichtet sind, wobei die Drallbrenner (4) einen zentralen Kohlenstaub-Primärluft-Strom aufweisen, der von einem verdrallten Sekundärluftstrom umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallbrenner (4) und/oder die Luftdüsen (9) in einer oder mehreren Ebenen übereinander und jeweils innerhalb einer Ebene asymmetrisch zu einer Mittelebene (11) angeordnet und jeweils auf einen imaginären Kreis (13) innerhalb der Feuerraumes (1) ausgerichtet sind.

2. Feuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höhenversetzt zu den Drallbrennern (4) im wandnahen Bereich des Feuerraumes (1) in den von Brennern freien Feuerraumwänden (3) weitere Luftdüsen (14) senkrecht zu der betreffenden Feuerraumwand (3) angeordnet sind.

3. Feuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallbrenner (4) in den gegenüber liegenden Feuerraumwänden (2) koaxial zueinander angeordnet sind.

4. Feuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallbrenner (4) in den gegenüber liegenden Feuerraumwänden (2) horizontal gegeneinander versetzt angeordnet sind.

5. Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub in einer Feuerung mit einem vertikalen, im Wesentlichen quadratischen Feuerraum (1), in den von zwei der vier Feuerraumwänden (2, 3) aus in einer oder mehreren Ebenen übereinander im Wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand (2) durch einander gegenüberliegende Drallbrenner (4) jeweils ein zentraler Kohlenstaub-Primärluft-Strom und ein den Kohlenstaub- Primärluft-Strom umgebender, verdrallter Sekundärluftstrom und durch Luftdüsen (9) ein Seitenluftstrom (10) eingeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstaub- Primärluft-Strom zusammen mit dem ihn umgebenden verdrallten Sekundärluftstrom und/oder die Seitenluftströme (10) jeweils in Richtung auf einen imaginären Kreis (13) tangential in den Feuerraum (1) zur Erzeugung einer vertikalen, rotierenden Drallströmung eingeblasen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb einer oder jeder Ebene der Drallbrenner (4) in Wandnähe quer zur Achse (12) der Drallbrenner (4) durch eine weitere Luftdüse (14) ein weiterer Luftstrom (15) eingeblasen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die seitlich neben den Drallbrennern (4) angeordneten Luftdüsen (9) in den Feuerraum (1) 5 bis 40% der stöchiometrischen Luftmenge zur Verbrennung des Kohlenstaubes eingeblasen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Feuerraum (1) durch die weiteren Luftdüsen (14) 5 bis 10% und durch die seitlich neben der Drallbrennern (4) angeordneten Luftdüsen (9) 5 bis 30% der stöchiometrischen Luftmenge zur Verbrennung des Kohlenstaubes eingeblasen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallintensität der rotierender Drallströmung durch die in der Austrittsgeschwindigkeit veränderbaren Seitenluftströme (10) gesteuert wird.