DE102017005917A1 - Verbrennungsverfahren und mehrstufiger Brenner - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsverfahren zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffs in einer einen primären Verbrennungsbereich und einen zum primären Verbrennungsbereich radial abgesetzten und axial versetzten Ausbrandbereich umfassenden Brennkammer mit einer Längsachse, mit den folgenden Schritten: Zuführen einer Primärluft mit einem Drall in den primären Verbrennungsbereich mittels einer konzentrisch zum primären Verbrennungsbereich, angeordneten Primärluftzufuhr; Zuführen eines Brennstoffs in den primären Verbrennungsbereich mittels einer konzentrisch um die Primärluftzufuhr angeordneten Brennstoffzufuhr; Verbrennen von Brennstoff und Primärluft in einer Primärflamme; Zuführen einer Sekundärluft mit einem Drall in den primären Verbrennungsbereich mittels einer konzentrisch um die Brennstoffzufuhr angeordneten Sekundärluftzufuhr; partielle Umsetzung des Brennstoffs im primären Verbrennungsbereich in einer Primärreaktion; Zuführen eines Tertiärluftstroms in den Ausbrandbereich mittels einer axial stromab von der und konzentrisch um die Sekundärluftzufuhr angeordneten Tertiärluftzufuhr; Umsetzen von Teilen von Reaktionsprodukten und verbliebenem Brennstoff aus der Primärreaktion im Ausbrandbereich; wobei die partielle Umsetzung des Brennstoffs im primären Verbrennungsbereich bei einer Luftzahl von 0,1 bis 0,9 stattfindet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft den Betrieb einer Brennkammer zum Verbrennen von Brennstoff, insbesondere zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff.
  • Aus dem Stand der Technik sind Brennkammern bekannt, welche staubförmige Brennstoffe verbrennen können. Dazu weisen die Brennkammern meist einen primären Verbrennungsbereich und einen Ausbrandbereich auf, wobei im primären Verbrennungsbereich über einen Zündbrennstoff eine Zündflamme erzeugt wird, die den staubförmigen Brennstoff entzündet.
  • Als staubförmiger Brennstoff wird hauptsächlich Kohlestaub verwendet. Der Hauptmarkt für Kohlestaub verbrennende Anlagen ist China. Dort gelten momentan aufgrund einer häufig hohen Feinstaubbelastung und entsprechend hohen Smogwerten in den Städten besonders niedrige NOx-Grenzwerte (z.B. 150 mg/Nm3 in Shenyang, 100 mg/Nm3 in Qingdao), so dass herkömmliche Verbrennungsverfahren für Kohlestaub aufwendige Abgasnachbehandlungssysteme benötigen, da diese ohne Sekundärmaßnahmen ca. 400 mg/Nm3 NOx ausstoßen. Über SCR (Selective Catalytic Reaction)-Anlagen oder Harnstoffeindüsung können die geforderten Abgaswerte erreicht werden. Diese Sekundärmaßnahmen benötigen jedoch einen hohen Platzaufwand und verursachen hohe Betriebs und Investitionskosten.
  • Die vorliegende Erfindung soll eine Kohlestaubverbrennung bei deutlich reduzierten NOx-Werten ermöglichen. Dazu schlägt die Erfindung ein neues Verbrennungsverfahren und eine Brennkammer, die das entsprechende Verbrennungsverfahren ermöglicht, vor.
  • Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch ein Verbrennungsverfahren zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffs in einer einen primären Verbrennungsbereich und einen zum primären Verbrennungsbereich radial abgesetzten und axial versetzten Ausbrandbereich umfassenden Brennkammer mit einer Längsachse, mit den folgenden Schritten:
    1. a) Zuführen einer Primärluft mit einem Drall in den primären Verbrennungsbereich mittels einer konzentrisch zum primären Verbrennungsbereich, angeordneten Primärluftzufuhr;
    2. b) Zuführen eines Brennstoffs in den primären Verbrennungsbereich mittels einer konzentrisch um die Primärluftzufuhr angeordneten Brennstoffzufuhr;
    3. c) Verbrennen von Brennstoff und Primärluft in einer Primärflamme;
    4. d) Zuführen einer Sekundärluft mit einem Drall in den primären Verbrennungsbereich mittels einer konzentrisch um die Brennstoffzufuhr angeordneten Sekundärluftzufuhr;
    5. e) partielle Umsetzung des Brennstoffs im primären Verbrennungsbereich in einer Primärreaktion;
    6. f) Zuführen eines Tertiärluftstroms in den Ausbrandbereich mittels einer axial stromab von der und konzentrisch um die Sekundärluftzufuhr angeordneten Tertiärluftzufuhr;
    7. g) Umsetzen von Teilen von Reaktionsprodukten und verbliebenem Brennstoff aus der Primärreaktion im Ausbrandbereich;
    wobei die partielle Umsetzung des Brennstoffs im primären Verbrennungsbereich bei einer Luftzahl von 0,1 bis 0,9 stattfindet.
  • Mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verbrennungsverfahren können mit reinen Primärmaßnahmen NOx-Emissionen unter 200 mg/Nm3 NOx erreicht werden. Dadurch kann die Erfindung mit sehr einfachen Sekundärmaßnahmen wie SNCR-Anlagen (Selective Non-Catalytic Reduction) NOx-Emissionswerte von unter 100 mg/ Nm3 erreichen. Dies wird vor allem durch die Stufung der Luftzuführung ermöglicht. Dazu findet in einem primären Verbrennungsbereich eine Primärreaktion mit geringem Luftanteil statt. Erfindungsgemäß liegt die Luftzahl dabei in einem Bereich von 0,1 bis 0,9, bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5, weiterhin bevorzugt in einem Bereich von 0,2 bis 0,4. In einem Ausbrandbereich wird weitere Luft (Tertiärluft) zugeführt, so dass der Brennstoff bzw. die Reaktionsprodukte der Primärreaktion weiter reagieren können. Die Primärreaktion wird über eine Primärflamme gezündet, der Brennstoff ist bevorzugt ein staubförmiger Brennstoff, insbesondere Kohlestaub, oder Gas. Bevorzugt können in einer Brennkammer sowohl ein staubförmiger Brennstoff als auch gasförmige Brennstoffe verwendet werden, je nachdem welcher Brennstoff aufgrund der aktuellen Marktpreise, der aktuell geltenden Schadstoffgrenzwerte, der regionalen Verfügbarkeit oder aus sonstigen Gründen zu bevorzugen ist. So kann insbesondere auf saisonale Änderungen der Emissionsgrenzwerte in China reagiert werden, die aufgrund der saisonal sehr unterschiedlichen Smogwerte variieren können. Bevorzugt wird der primäre Verbrennungsbereich durch eine zylindrische Muffel gebildet, wobei eine Stirnseite des Zylinders an den Ausbrandbereich anschließt und über die andere Stirnseite des Zylinders die Primärluftzufuhr, die Brennstoffzufuhr und die Sekundärluftzufuhr an den primären Verbrennungsbereich anschließen. Die Längsachse verläuft dabei zentral durch die Brennkammer. Sind der primäre Verbrennungsbereich und/oder der Ausbrandbereich Zylinder, kann die Längsachse die rotationssymmetrische Achse bilden. Die Primärluftzufuhr konzentrisch als umlaufender Durchlass, als Bohrungen, als Düsen oder in anderen Ausführungsformen angeordnet sein.
  • Entsprechend kann die Primärluftzufuhr auf einer Kreisbahn auf der Stirnfläche des primären Verbrennungsbereichs liegen. Auf einer weiteren Kreisbahn auf der Stirnseite des primären Verbrennungsbereichs, die die Kreisbahn der Primärluftzufuhr umschließt, kann die Brennstoffzufuhr angeordnet sein. Auch die Brennstoffzufuhr ist bevorzugt konzentrisch zum primären Verbrennungsbereich und zur Längsachse. Die Sekundärluftzufuhr ist entweder in einer separaten Zuführung angeordnet, die ebenfalls auf einer Kreisbahn auf der Stirnfläche des primären Verbrennungsbereichs liegen kann, wobei die Kreisbahn der Sekundärluftzufuhr um die Kreisbahn der Brennstoffzufuhr herum angeordnet werden kann und bevorzugt ebenfalls konzentrisch zur primären Verbrennungsbereich, zur Längsachse und zur Brennstoffzufuhr angeordnet ist, oder bereits vorher mit dem Brennstoff gemischt und mit diesem gemeinsam den primären Verbrennungsbereich zugeführt wird, wobei insbesondere bei staubförmigen Brennstoffen bevorzugt eine Transportluft genutzt wird, um den Brennstoff in die Brennkammer einzublasen, und wobei die Sekundärluft die Transportluft sein kann.
  • Der Ausbrandbereich ist bevorzugt ebenfalls ein zylinderförmiger Bereich mit einem größeren Durchmesser als der primäre Verbrennungsbereich und ebenfalls konzentrisch zum primären Verbrennungsbereich. Der Ausbrandbereich kann aber auch eine andere Form aufweisen. Da der Ausbrandbereich axial versetzt zum primären Verbrennungsbereich angeordnet ist, ist auch die Tertiärluftzufuhr axial versetzt zu den anderen Luftzuführungen angeordnet. Bevorzugt ist auch die Tertiärluftzufuhr auf einer oder mehreren zum primären Verbrennungsbereich konzentrischen Kreisbahnen angeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aufgabe durch ein Verbrennungsverfahren wie oben beschrieben gelöst, wobei zum Entzünden der kontinuierlichen Verbrennung des Brennstoffs ein Zündbrennstoff über eine an der Stirnseite des primären Verbrennungsbereichs, an welcher die Primärluftzufuhr angeordnet ist, angeordneten Zündbrennstoffzufuhr zugeführt wird und mit der Primärluft in einer Zündflamme reagiert.
  • Dazu ist in der Stirnseite des primären Verbrennungsbereichs, welche die Primärluftzufuhr aufweist, eine Zündbrennstoffzufuhr vorgesehen. Die Primärbrennstoffzufuhr kann innerhalb der Primärluftzufuhr angeordnet sein, dazu kann sie zentral auf der Stirnseite positioniert sein.
  • Zum Starten des Verbrennungsverfahrens, also zu Beginn eines Prozesses bei dem kontinuierlich der Brennstoff verbrannt wird, kann der Zündbrennstoff über die Zündbrennstoffzufuhr dem primären Verbrennungsbereich zugeführt werden. Über eine Reaktion mit der Primärluft kann der Zündbrennstoff eine Zündflamme erzeugen, die den Brennstoff entzündet. Hat der Brennstoff eine stabile Flamme ausgebildet, ist der Zündbrennstoff nicht mehr notwendig.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aufgabe durch ein Verbrennungsverfahren wie oben beschrieben gelöst, wobei der primäre Verbrennungsbereich eine Muffel ist und der Verfahrensschritt f) der partiellen Umsetzung des Brennstoffs in einer teiladiabaten Umgebung stattfindet, die im Wesentlichen nur Wärme in Richtung des Ausbrandbereichs abgibt.
  • Die Ausführung des primären Verbrennungsbereichs als Muffel bietet den Vorteil einer guten thermischen Isolierung. Dies wirkt sich positiv auf die Stabilisierung der Flamme im primären Verbrennungsbereich aus und reduziert die Wärmeverluste. So entsteht im primären Verbrennungsbereich eine teiladiabate Verbrennung. Dies bedeutet, dass nur ein geringer Anteil des Wärmestroms, der bei der Verbrennung im primären Verbrennungsbereich freigesetzt wird, den primären Verbrennungsbereich über die Wände der Muffel verlässt. Der wesentliche Teil des Wärmestroms gelangt über die zum Ausbrandbereich offene Stirnseite der Muffel in den Ausbrandbereich. Bevorzugt werden dabei mehr als 70 % des Wärmestroms in den Ausbrandbereich abgegeben, weiterhin bevorzugt mehr als 90 %, und weiter bevorzugt mehr als 98 % oder 99 %.
  • Das Muffelmaterial weist bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 15 bis 30 W/mK auf und besitzt bevorzugt eine Dicke von 50 bis 100 mm. Innerhalb der Muffel stellt sich so eine sehr homogene Temperaturverteilung ein, so dass die Temperaturunterscheide innerhalb der Muffel bevorzugt nicht mehr als 200 K, weiterhin bevorzugt nicht mehr als 100 K, weiterhin bevorzugt nicht mehr als 50 K betragen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Verbrennungsverfahren wie oben beschrieben, wobei die Flammentemperatur im primären Verbrennungsbereich und/oder im Ausbrandbereich auf einer Temperatur unterhalb der Ascheerweichungstemperatur aber oberhalb der Zündtemperatur des Brennstoffs geregelt wird.
  • Steigt die Temperatur über die Ascheerweichungstemperatur des Brennstoffs, kommt es zu einer Schmelze der Asche, die sich dann an Oberflächen, zum Beispiel den Oberflächen der Muffel, absetzen kann und wieder verfestigt, so dass sich die Oberflächenstruktur des Brennraums und/oder die Brennraumgeometrie ändern kann und Zugänge oder Sensoren durch die wiederverfestigte Asche blockiert werden können. Dies kann zu negativen Effekten bei den Verbrennungseigenschaften oder zu falschen Messwerten der Sensoren führen.
  • Bevorzugt wird die Temperatur im primären Verbrennungsbereich über den Drall der Sekundärluft und/oder die zugeführte Luftmenge gesteuert.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Verbrennungsverfahren wie oben beschrieben, wobei die Flammentemperatur im primären Verbrennungsbereich und/oder im Ausbrandbereich mittels einer Abgasrückführung geregelt wird.
  • Neben dem Drall und der Luftmenge der Sekundärluft können auch andere Methoden zur Regelung der Flammentemperatur im primären Verbrennungsbereich genutzt werden.
  • Eine bevorzugte Möglichkeit die Flammentemperatur zu regeln, ist es, den Inertgasanteil bei der Verbrennung zu regeln. Dazu ist in der beschriebenen Ausführungsform ein Abgasrückführungssystem vorgesehen, das die Verbrennungsprodukte des Verbrennungsverfahrens über die Sekundärluft oder eine separate Zuführung dem primären Verbrennungsbereich wieder zuführt. Auch der Ausbrandbereich kann entsprechend mit einer Abgasrückführung ausgestattet sein.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Verbrennungsverfahren wie oben beschrieben, wobei die Primärluft eine Drallzahl zwischen 0,1 und 1,5 aufweist. Der Drall besitzt verschiedene positive Einflüsse auf die Verbrennung, insbesondere auf die Durchmischung zwischen Luft und Brennstoff und die Flammenstabilität. Daher wird in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die Primärluft und/oder die Sekundärluft und/oder die Tertiärluft mit Drall beaufschlagt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist dabei die Primärluft eine Drallzahl zwischen 0,3 und 0,8 auf. Der Drall kann in bevorzugten Ausführungsformen mit Drallschaufeln oder mit einer tangentialen Luftführung eingebracht werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Verbrennungsverfahren wie oben beschrieben, wobei als Brennstoff ein staubförmiger Brennstoff verwendet wird, wobei die Brennstoffzufuhr Turbulenzvorsprünge, welche für eine gute Vermischung zwischen dem Staubförmigen Brennstoff und einer Transportluft sorgen, aufweist.
  • Das Verfahren ist geeignet verschiedene staubförmige Brennstoffe zu verbrennen, bevorzugt wird jedoch Kohlestaub verbrannt. Eine weitere Alternative stellen Stäube aus Biomasse, z. B. Holz dar.
  • Eine homogene Gemischaufbereitung zwischen Brennstoff und Luft ist besonders wichtig, um eine kontrollierte Verbrennung zu ermöglichen. Turbulenzen in der Luftströmung können die Durchmischung fördern, so dass ein homogenes Brennstoffluftgemisch entsteht. Dazu sind in der Brennstoffzufuhr Turbulenzvorsprünge vorgesehen, die Turbulenzen in der Strömung der Transportluft und des Brennstoffs initiieren.
  • Erfindungsgemäß wird im oben beschriebenen Verfahren ein mehrstufiger Brenner zum Umsetzen des oben beschriebenen Verbrennungsverfahrens aufweisend eine Brennkammer mit einem primären Verbrennungsbereich und einem Ausbrandbereich, eine Primärluftzufuhr, eine Brennstoffzufuhr, eine Sekundärluftzufuhr und eine Tertiärluftzufuhr, wobei der primäre Verbrennungsbereich eine zylindrische Muffel umfasst, an deren offene Seite der Ausbrandbereich anschließt, wobei die Primärluftzufuhr konzentrisch an dem primären Verbrennungsbereich angeordnet ist, wobei die Brennstoffzufuhr um die Primärluftzufuhr herum an dem primären Verbrennungsbereich angeordnet ist, wobei die Sekundärluftzufuhr um die Brennstoffzufuhr herum am primären Verbrennungsbereich angeordnet ist und wobei die Tertiärluftzufuhr um die Sekundärluftzufuhr herum an dem Ausbrandbereich angerordnet ist; genutzt als der oben beschriebene mehrstufige Brenner ermöglicht die Umsetzung des oben beschriebenen Verfahrens, insbesondere die Verbrennung bei sehr fetten Gemischen im primären Verbrennungsbereich, wie oben beschrieben, und eine geeignete Tertiärluftzufuhr im Ausbrandbereich.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein mehrstufiger Brenner wie oben beschrieben, wobei die Tertiärluftzufuhr auf einer oder mehreren im wesentlichen ringförmigen Bahnen um den Sekundarluftstrom angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Bahnen mindestens 1,25 mal so groß ist, wie der Durchmesser des primären Verbrennungsbereichs.
  • Eine geeignete Zuführung der Tertiärluft im Ausbrandbereich ist entscheidend, um zu verhindern, dass große Mengen NOx im Ausbrandbereich entstehen. In dieser Ausführungsform wird die Tertiärluft radial in großem Abstand zur Längsachse des mehrstufigen Brenners zugeführt. Das heißt, in radialer Richtung ist die Tertiärluftzufuhr in großem Abstand zur Muffel bzw. zum primären Verbrennungsbereich angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Tertiärluftzufuhr auf einer Kreisbahn um die Muffel bzw. den primären Verbrennungsbereich herum angeordnet. In dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der Kreisbahn der Tertiärluftzufuhr bevorzugt mindestens 1,25 mal so groß wie der Durchmesser der Muffel bzw. des primären Verbrennungsbereichs, besonders bevorzugt mindestens doppelt so groß.
  • Die Tertiärluftzufuhr kann auch auf mehreren Kreisbahnen angeordnet sein, wobei die Tertiärluftzufuhr besonders bevorzugt auf zwei Kreisbahnen angeordnet ist. Dabei können ca. zwei Drittel der Tertiärluft über die Tertiärluftzufuhr auf der äußeren Kreisbahn zugeführt werden und ein Drittel der Tertiärluft kann über die Tertiärluftzufuhr auf der inneren Kreisbahn zugeführt werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein mehrstufiger Brenner wie oben beschrieben, wobei die Tertiärluftzufuhr eine Mehrzahl von Freistrahldüsen umfasst. In dieser Ausführungsform sind die Freistrahldüsen auf einer oder mehreren Kreisbahnen, wie oben beschrieben, angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mehrstufige Brenner 8 bis 15 Freistrahldüsen auf.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein mehrstufiger Brenner, wie oben beschrieben, wobei eine Drallerzeugungseinrichtung der Primärluftzufuhr Drallschaufeln oder eine Tangentialluftführung, welche der Primärluft eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufzwingt, umfasst.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein mehrstufiger Brenner wie oben beschrieben, wobei eine Drallerzeugungseinrichtung der Sekundärluftzufuhr Drallschaufeln oder eine Tangentialluftführung, welche der Sekundärluft eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufzwingt, umfasst.
  • Um eine stabile Flammenfront zu gewährleisten, eine gute Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft zu fördern und die Ausbreitung der Verbrennung im Brennraum zu steuern, ist der Drall der Verbrennungsluft ein wichtiges Mittel. Um die Sekundärluft und die Primärluft mit Drall zu beaufschlagen, ist es möglich, Drallluftschaufeln oder Tangentialluftführungen in der Primärluftzufuhr und/oder der Sekundärluftzufuhr anzuordnen. Bevorzugt werden diese in der Nähe des primären Verbrennungsbereiches in der Primärluftzufuhr und/oder der Sekundärluftzufuhr angeordnet.
  • Die Drallschaufeln der Sekundärluftzufuhr können dabei bevorzugt einen Anstellwinkel von 30 bis 40° annehmen. Bevorzugt tritt die Sekundärluft mit einer Drallzahl von < 1 in den primären Verbrennungsbereich ein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein mehrstufiger Brenner wie oben beschrieben, wobei die Sekundärluft den primären Verbrennungsbereich konvergierend zugeführt wird, dabei weist die Konvergenz einen Winkel von 15° bis 45° zu einer Längsachse des mehrstufigen Brenners auf. Eine konvergente Einströmung der Sekundärluft in den primären Verbrennungsbereich hat den Vorteil, dass die Flamme im primären Verbrennungsbereich weiter stabilisiert wird. Die Luft wird dabei bevorzugt in einem Winkel von 15 bis 45° zur Längsachse des primären Verbrennungsbereichs bzw. der Muffel zugeführt. Entsprechend strömt die Sekundärluft in Richtung der Mitte der Muffel, also in Richtung der Mittelachse des mehrstufigen Brenners.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsdarstellung des mehrstufigen Brenners gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2 ist eine Querschnittszeichnung der Stirnfläche des primären Brennbereichs, die die Luft- und Brennstoffzuführungen umfasst,
  • Die in 1 dargestellte Ausführungsform des mehrstufigen Brenners 1 umfasst eine einen von einer Muffel gefassten primären Verbrennungsbereich 31 und einen Ausbrandbereich 32 aufweisende Brennkammer 30,Zündbrennstoffzufuhr 10, eine Primärluftzufuhr 20, eine Sekundärluftzufuhr 21, eine Brennstoffzufuhr und eine Tertiärluftzufuhr 22, wobei die Brennstoffzufuhr zentral, also in der Mitte der Stirnseite der Muffel bzw. des primären Verbrennungsbereichs 31 angeordnet ist, wobei die Primärluftzufuhr 20 um die Zündbrennstoffzufuhr 10 herum und konzentrisch zur Zündbrennstoffzufuhr 10 bzw. zur Muffel angeordnet ist, wobei um die Primärluftzufuhr 20 eine Zufuhröffnung angeordnet ist, die die Sekundärluftzufuhr 21 und die Brennstoffzufuhr umfasst, und konzentrisch zur Muffel bzw. zur Zündbrennstoffzufuhr 10 angeordnet ist, wobei die äußere Wand der Zufuhröffnung sich in ihrem Durchmesser in Richtung der Muffel verengt, so dass die äußere Wand eine Konvergenz in Richtung der Muffelmitte aufweist, um dem Luftstrom der Sekundärluft und dem Brennstoffstrom einer Konvergenz aufzuzwingen. Durch die Reaktion der Primärluft mit dem Brennstoff entsteht die Primärflamme 33 in dem primären Verbrennungsbereich 31, diese entzündet das Gemisch aus Sekundärluft und Brennstoff, welches in einer Primärreaktion verbrennt. Das Stoffgemisch strömt in axialer Richtung weiter abwärts in den Ausbrandbereich 32, wo es sich radial ausdehnen kann, da der Ausbrandbereich 32 in radialer Richtung größer ist als der primäre Verbrennungsbereich 31. Im Ausbrandbereich 32 wird über eine Tertiärluftzufuhr 22 Tertiärluft zugeführt, so dass im Gemisch verbliebener Brennstoff und Reaktionsprodukte der primären Reaktion im Ausbrandbereich weiter mit der Tertiärluft reagieren können.
  • 2 stellt die Skizze des Stirnbereiches des primären Verbrennungsbereichs 31 des mehrstufigen Brenners dar, wobei die Zündbrennstoffzufuhr 10 zentral positioniert ist und darum herumdie Primärluftzufuhr 20, welche Drallschaufeln 41 aufweist, die der Primärluft einen Drall aufzwingen, wobei um die Primärluftzufuhr 20 herum eine Brennstoffzufuhr angeordnet ist, die Turbulenzvorsprünge 43 aufweist, die eine Turbulenz im Gemisch aus Brennstoff und Transportluft, das durch die Brennstoffzufuhr zugeführt wird, verursachen, wobei um die Brennstoffzufuhr herum eine Sekundärluftzufuhr 21 angeordnet ist, die an der äußeren Wand der Sekundärluftzufuhr 21 eine Schräge aufweist, so dass die Sekundärluft mit einem Konvergenzwinkel 44 in den primären Verbrennungsbereich 31 einströmt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    mehrstufiger Brenner Zündbrennstoffzufuhr
    11
    Sekundärbrennstoffzufuhr
    12
    Tertiärbrennstoffzufuhr
    20
    Primärluftzufuhr
    21
    Sekundärluftzufuhr
    22
    Tertiärluftzufuhr
    30
    Brennkammer
    31
    primärer Verbrennungsbereich
    32
    Ausbrandbereich
    33
    Primärflamme
    40
    Drallerzeugungseinrichtung
    41
    Drallschaufeln in der Primärluftzufuhr
    43
    Turbulenzvorsprung
    44
    Konvergenzwinkel
    A
    Längsachse

Claims (13)

  1. Verbrennungsverfahren zum kontinuierlichen Verbrennen eines Brennstoffs in einer einen primären Verbrennungsbereich (31) und einen zum primären Verbrennungsbereich (31) radial abgesetzten und axial versetzten Ausbrandbereich (32) umfassenden Brennkammer (30) mit einer Längsachse (A), mit den folgenden Schritten: a) Zuführen einer Primärluft mit einem Drall in den primären Verbrennungsbereich (31) mittels einer konzentrisch zum primären Verbrennungsbereich (31), angeordneten Primärluftzufuhr (20); b) Zuführen eines Brennstoffs in den primären Verbrennungsbereich (31) mittels einer konzentrisch um die Primärluftzufuhr (20) angeordneten Brennstoffzufuhr; c) Verbrennen von Brennstoff und Primärluft in einer Primärflamme (33); d) Zuführen einer Sekundärluft mit einem Drall in den primären Verbrennungsbereich (31) mittels einer konzentrisch um die Brennstoffzufuhr angeordneten Sekundärluftzufuhr (11); e) partielle Umsetzung des Brennstoffs im primären Verbrennungsbereich (31) in einer Primärreaktion; f) Zuführen eines Tertiärluftstroms in den Ausbrandbereich (32) mittels einer axial stromab von der und konzentrisch um die Sekundärluftzufuhr (21) angeordneten Tertiärluftzufuhr (22); g) Umsetzen von Teilen von Reaktionsprodukten und verbliebenem Brennstoff aus der Primärreaktion im Ausbrandbereich (32); wobei die partielle Umsetzung des Brennstoffs im primären Verbrennungsbereich (31) bei einer Luftzahl von 0,1 bis 0,9 stattfindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Entzünden der kontinuierlichen Verbrennung des Brennstoffs ein Zündbrennstoff über eine an der Stirnseite des primären Verbrennungsbereichs (31), an welcher die Primärluftzufuhr (20) angeordnet ist, angeordneten Zündbrennstoffzufuhr (10) zugeführt wird und mit der Primärluft in einer Zündflamme reagiert.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Verbrennungsbereich (31) eine Muffel ist und der Verfahrensschritt e) der partiellen Umsetzung des Brennstoffs in einer teiladiabaten Umgebung stattfindet, die im Wesentlichen nur Wärme in Richtung des Ausbrandbereichs (32) abgibt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flammentemperatur im primären Verbrennungsbereich (31) und/oder im Ausbrandbereich (32) auf eine Temperatur unterhalb der Ascheerweichungstemperatur aber oberhalb der Zündtemperatur des Brennstoffs geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flammentemperatur im primären Verbrennungsbereich (31) und/oder im Ausbrandbereich (32) mittels einer Abgasrückführung geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärluft eine Drallzahl zwischen 0,1 und 1,5 aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Brennstoff ein staubförmiger Brennstoff verwendet wird, wobei die Brennstoffzufuhr Turbulenzvorsprünge (43), welche für eine gute Vermischung zwischen dem staubförmigen Brennstoff und einer Transportluft sorgen, aufweist.
  8. Mehrstufiger Brenner (1) zum Umsetzen des Verbrennungsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Brennkammer mit einem primären Verbrennungsbereich (31) und einem Ausbrandbereich (32), eine Zündbrennstoffzufuhr (10), eine Primärluftzufuhr (20), eine Brennstoffzufuhr, eine Sekundärluftzufuhr (21) und eine Tertiärluftzufuhr (22), wobei der primäre Verbrennungsbereich (31) eine zylindrische Muffel umfasst, an deren offene Seite der Ausbrandbereich (32) anschließt, wobei an einer gegenüberliegenden Stirnseite des primären Verbrennungsbereichs (31) die Zündbrennstoffzufuhr (10) zentral angeordnet ist, wobei die Primärluftzufuhr (20) konzentrisch um die Längsachse (A) herum an dem primären Verbrennungsbereich (31) angeordnet ist, wobei die Brennstoffzufuhr um die Primärluftzufuhr (20) herum an dem primären Verbrennungsbereich (31) angeordnet ist, wobei die Sekundärluftzufuhr (21) um die Brennstoffzufuhr herum am primären Verbrennungsbereich (31) angeordnet ist und wobei die Tertiärluftzufuhr (22) um die Sekundärluftzufuhr (21) herum an dem Ausbrandbereich (32) angerordnet ist.
  9. Mehrstufiger Brenner (1) nach Anspruch 8, wobei die Tertiärluftzufuhr (22) auf einer oder mehreren im Wesentlichen ringförmigen Bahnen um den Sekundärluftstrom herum angeordnet sind, wobei der Durchmesser der Bahnen mindestens 1,25 mal so groß ist, wie der Durchmesser des primären Verbrennungsbereichs (31).
  10. Mehrstufiger Brenner (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Tertiärluftzufuhr (22) eine Mehrzahl von Freistrahldüsen umfasst.
  11. Mehrstufiger Brenner (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine Drallerzeugungseinrichtung (40) der Primärluftzufuhr Drallschaufeln (41) oder eine Tangentialluftführung, welche der Primärluft eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufzwingt, umfasst.
  12. Mehrstufiger Brenner (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Drallerzeugungseinrichtung (40) der Sekundärluftzufuhr Drallschaufeln oder eine Tangentialluftführung, welche der Sekundärluft eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufzwingt, umfasst.
  13. Mehrstufiger Brenner (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Sekundärluft dem primären Verbrennungsbereich (31) konvergierend zugeführt wird, dabei weist die Konvergenz einen Winkel von 15° bis 45° zu einer Längsachse des mehrstufigen Brenners (1) auf.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111720839A (zh) * 2020-06-12 2020-09-29 山东同智创新能源科技股份有限公司 一种应用于废气液焚烧处理的环保型多级燃烧装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3048201A1 (de) * 1980-12-20 1982-07-08 L. & C. Steinmüller GmbH, 5270 Gummersbach "brenner zur verminderung der no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-emission"
DE202007019416U1 (de) * 2007-06-28 2012-06-11 Hitachi Power Europe Gmbh Zur Verfeuerung von in Dichtstromförderung zugeführtem Brennstoff geeigneter Kohlenstaubbrenner

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1017470B (zh) * 1991-01-16 1992-07-15 哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心 多煤种燃烧器及其燃烧方法
JP3343855B2 (ja) * 1998-01-30 2002-11-11 株式会社日立製作所 微粉炭燃焼バーナ及び微粉炭燃焼バーナの燃焼方法
JP2006052917A (ja) * 2004-08-16 2006-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 微粉炭バーナおよびボイラ
CN103256590B (zh) * 2013-05-20 2015-07-15 北京科技大学 旋流状态下双燃料多级混烧的方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3048201A1 (de) * 1980-12-20 1982-07-08 L. & C. Steinmüller GmbH, 5270 Gummersbach "brenner zur verminderung der no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-emission"
DE202007019416U1 (de) * 2007-06-28 2012-06-11 Hitachi Power Europe Gmbh Zur Verfeuerung von in Dichtstromförderung zugeführtem Brennstoff geeigneter Kohlenstaubbrenner

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