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Verfahren und Brenner zur Verfeuerung von Brennstaub Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und einen Brenner zur Verfeuerung von Brennstaub, insbesondere
Koksstaub, bei dem ein regelbarer Brennstaubstrom einem oder mehreren regelbaren
Verbrennungsluftströmen vor einem düsenartigen Brenner zugeführt wird.
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Derartige Brenner eignen sich im allgemeinen nur zur Verfeuerung zündwilliger
Brennstäube. Will man damit etwa Koksstaub verfeuern, so ergeben sich grundsätzliche
Schwierigkeiten, die man bisher etwa dadurch zu vermeiden versucht hat, daß man
in den Brenner Zündgewölbe eingebaut oder dem Brenner über die Entzündungstemperatur
des Brennstaubluftgemisches erhitzte Verbrennungsluft zugeleitet hat. Derartige
Maßnahmen sind natürlich umständlich und bedingen zusätzliche Kosten.
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In sehr viel einfacherer und billigerer Weise läßt sich die Verfeuerung
von beispielsweise Koksstaub dadurch erreichen, daß der an sich bekannte Geschwindigkeitsüberschuß
des in mehrere Einzelstrahlen aufgelösten Brennstaubstromes gegenüber der Geschwindigkeit
des Verbrennungsluftstromes so eingestellt wird, daß in der Brennerdüse eine Strahlablösung
und Strahlauflösung entsteht.
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Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Verfeuerung von Kohlenstaub,
bei denen der in mehrere Einzelstrahlen aufgelöste Brennstaubstrom mit einem Geschwindigkeitsüberschuß
gegenüber der Geschwindigkeit des \%erbrennungsluftstromes in den Verbrennungsraum
eingeführt wird, arbeiten so, daß die Mischung zwischen Brennstaubstrom und Verbrennungsluftstrom
erst in der Brennkammer erfolgt. Auf diese Weise ist aber die zur Verbrennung von
Koksstaub erforderliche rasche und vollständige Vermischung von Brennstaubstrom
und Verbrennungsluftstrom, die allein eine vollständige Verbrennung des Koksstaubes
gewährleistet, nicht erreichbar.
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Eine solche Mischung ist nur dadurch möglich, daß man die Geschwindigkeit
des Brennstaubstromes und diejenige des Verbrennungsluftstromes so einstellt, daß
in der Brennerdüse selbst eine Strahlablösung und Strahlauflösung entsteht.
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Es findet dann eine sehr schnelle Zündung und Verbrennung statt, so
daß keine nichtausgebrannten Koksstaubteilchen ausfallen. Dadurch wird auch ein
Auswaschen der Brennermuffel weitgehend vermieden, so daß der Verschleiß bei derartigen
Brennern sehr gering ist.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß bei dem Verfahren
nach der Erfindung keine Dralleffekte entstehen, d. h. es werden Drehungen des Staubluftgemisches
oder nur des Staubes oder der Luft um die Achse des Brenners oder eine hierzu parallel
verlaufende Linie im Brenner vermieden. Dadurch wird weiterhin verhindert, daß das
Koksstaubluftgemisch stark verschleißend wirkt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die von einem Gebläse
hoher Pressung gelieferten Trägerluftströme den Brennstaub in an sich bekannter
Weise ejektorartig ansaugen. Zu diesem Zweck dient beispielsweise ein Gebläse mit
verhältnismäßig hohem Druck von etwa 800 mm Ws. Dadurch kann die Brennstaubgeschwindigkeit
unabhängig von derjenigen der Verbrennungsluft geregelt werden. Es besteht nunmehr
die Zlöglicbkeit, den Brennstaub mit verschieden hohen Relativgeschwindigkeiten
in den Verbrennungsluftstrom hineinzutragen, so daß der Mischvorgang je nach Wunsch
gesteuert und die Lage der Zündzone verschoben werden kann.
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Ein Brenner zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung wird vorteilhafterweise
so ausgebildet, daß die Einzelstrahlen des Brennstaubstrotnes über konvergierende
Rohre in ein gemeinsames Rohr eingeführt «-erden, das in der Brennerdüse endet und
das entweder zur Zuführung der gesamten oder nur eines Teiles der Verbrennungsluft
dient. Durch die konvergierende Anordnung der Brennstaubrohre wird eine besonders
wirksame Strahlablösung bzw. Strahlauflösung und damit eine besonders gute Durchmischung
erreicht.
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Vorteilhafterweisekann das gemeinsame Rohr mittig in einem weiteren
mit der Brennerdüse verbundenen Rohr angeordnet sein, das entweder zur Zuführung
der gesamten Verbrennungsluft oder nur eines Teiles derselben dient.
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Weiterhin kann der Brenner gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet
sein, daß das innere gemeinsaure Rohr nur eine bestimmte Strecke in dem mit der
Brennerdüse verbundenen äußeren Rohr geführt ist
ind in dem ringförmigen
Eintrittsquerschnitt zwischen len beiden Rohren eine ringförmige, in der Mitte geeilte,
verschwenkbare Drosselklappe angeordnet ist, iie zum Verschließen des zwischen den
beiden Rohren )efindlichen Ringraumes dient. Ebenso kann in dem nneren gemeinsamen
Rohr eine in der Mitte geteilte rerschwenkbare Drosselklappe angeordnet sein.
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Bei dem Brenner nach der Erfindung ist die Zweituftmenge, worunter
die zentrale, im inneren Rohr und lie in dem darumliegenden Ringraum zugeführte
-uftmenge zu verstehen ist, in eine Kernluftmenge und eine Ringluftmenge unterteilt,
welche beide durch die orstehend erwähnten Drosselklappen gesteuert werlen können.
Damit wird, ebenso wie durch die vor-;tehend erwähnte Steuerung der Trägerluftmenge,
er--eicht, daß, je nach den Erfahrungen, die sich aus dem 3etrieb ergeben, die bestmögliche
-Mischung eingestellt werden kann.
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Für die Regelung der Ringluft und der Kernluft ist Is wichtig, daß
infolge der Drosselung keine zu großen Ablenkungen erfolgen. Im Sinne der Erfindung
ist Mieses durch die geteilten Drosselklappen vermieden, wodurch eine gleichmäßig
verteilte Strömung erreicht wird. _ Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
aus ler folgenden Beschreibung des in der Zeichnung chematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
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Es zeigt Fig. 1 einen Brenner gemäß der Erfindung im Längs-.chnitt,
Fig. 2 den Brenner nach Fig. 1 im Grundriß, Fig. 3 eine Ansicht des Brenners der
Fig. 1 in Pfeil--ichtung A (Fig. 1), Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Stelle
des 3renners, an der die Zuführung des Brennstaubes zu ler Trägerluft erfolgt, Fig.
5 einen Querschnitt durch das Luftzuführungs--ohr, der die Anordnung der geteilten
Drosselklappe ,rkennen läßt.
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Der Brenner besteht aus der venturirohrähnlichen )üse 1, die mit einem
Rohr 2 verbunden ist, in dem ein Rohr 3 konzentrisch gelagert ist, das vorn in der
)üse 1 mündet und sich eine Strecke in das Rohr 2 iineinzieht. Zwischen dem äußeren
Rohr 2 und dem nneren Rohr 3 entsteht so ein Ringraum 4. In das nnere Rohr 3 ragen
mehrere, im Ausführungsbeispiel ieben, Rohre 5 hinein, die in seiner -Mündung enden.
diese Rohre 5, von denen eines teilweise in der Fig. 4 largestellt ist, sind außerhalb
des Rohres 3 von so-;enannten Schutzrohren 6 umgeben und stehen mit je einem Rohr
7 in Verbindung. In jedem Rohr 5 befinlet sich ferner ein Rohr 8, das an seiner
Mündung lüsenartig ausgebildet ist und etwa im Bereich der :one endet, in der das
zugehörige Rohr 7 mit dem Zohr 5 in Verbindung steht.
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Der so aufgebaute Brenner endet mit seiner Düse l n der Brennerkammer
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Bei diesem Brenner dienen die Rohre 8 zur Zufühttng der Trägerluft.
Die Rohre 5 dienen als Brenntaubführungsrohre zur Brennerdüse. Die Rohre 7 ha->en
die Aufgabe, den Brennstaub in die Rohre 5 zu >efördern. Die Rohre 5 sind zu diesem
Zweck, wie es tig.4 erkennen läßt, an der Stelle, an der die Rohre? :inmünden, mit
Öffnungen 10 versehen. Im Ausfühungsbeispiel sind zwei gegenüberliegende Öffnungen
-orhanden. Es können aber auch mehrere derartige )ffnungen vorgesehen sein. Die
-Mündung des Trägeruftzuführungsrohres 8 liegt so zu den Öffnungen 10, Maß die Trägerluft
eine ejektorartige Wirkung auf den :uströmenden Brennstaub ausübt. Das Brennstaubzuführungsrohr
5 kann da, wo sich die Öffnungen 10 befinden, auf einen kleineren Durchmesser eingezogen
sein, so daß bei entsprechender Lage der Mündung des Trägerluftzuführungsrohres
8 die ejektorartige Wirkung noch erhöht wird.
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Wie die Fig. 4 weiter erkennen läßt, ist das Brennstaubzuführungsrohr
5 an der Stelle, wo die Öffnungen 10 sitzen, von einem Gehäuse oder einer Kammer
11 umgeben, in die das Brennstaubzuführungsrohr 7 mündet.
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Die durch das äußere Rohr 2 zuströmende Verbrennungsluft wird mit
Hilfe des Rohres 3 in zwei Teilströme aufgeteilt, nämlich in einen durch den Ringraum
4 und einen durch das Rohr 3. In dem Rohr 3 sind in Richtung seiner Längsachse verlaufende
Leitbleche 12 vorgesehen, die zur Luftführung dienen.
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Zwecks Regelung der Luftzufuhr sind sowohl im Rohr 3 als auch im Rohr
2 Drosselklappen eingebaut, die gemäß der Erfindung geteilt sind. Den Aufbau dieser
Drosselklappen zeigt insbesondere Fig. 5. Hiernach besteht jede Drosselklappe aus
zwei Hälften 13, 14, die in der Mitte im geschlossenen Zustande zusarnmenstoßen.
jede Hälfte ist fest mit einer Welle 15 bzw. 16 verbunden und mit dieser in dem
betreffenden Rohr drehbar gelagert. Das eine Ende der Wellen 15, 16 ragt nach außen
und trägt einen Handhebel 17 bzw. 18. Mittels dieser Handhebel 17, 18 .,werden die
Klappenhälften 13, 14 verschwenkt. Außen kann noch eine Skala angebracht sein, die
erkennen läßt, wie weit die Drosselklappen 13, 14 bei jeder Handhebelstellung verschwenkt
sind.
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Gemäß Fig. 1 ist die eine dieser Drosselklappen in dem inneren Rohr
3 angeordnet und wird in ihrer Gesamtheit mit 20 bezeichnet. Die andere Drosselklappe
sitzt in dem äußeren Rohr 2 und wird in ihrer Gesamtheit mit 21 bezeichnet. Sie
ist so angeordnet, daß sie im geschlossenen Zustande den Ringraum 4 zwischen den
Rohren 2, 3 verschließt und ist als Ringklappe ausgebildet, d. h., ihre beiden Hälften
haben die Form von Halbringen, so daß die Klappe 21 im geschlossenen Zustande nur
den Ringraum 4 abdeckt, dagegen den Zugang zu dem Rohr 3 freiläßt. Bei geschlossenem
Ringraum 4 kann also keine Luft in diesen einströmen, vielmehr gelangt die gesamte
Verbrennungsluft über das Rohr 3 in die Brennerdüse 1. Durch entsprechende Stellung
der Drosselklappe 21 kann der durch das Rohr 2 zuströmende Luftstrom teils über
das Rohr 3 und teils durch den Ringraum 4 in die Brennerdüse 1 geleitet werden.
Voraussetzung hierfür ist naturgemäß, daß beide Drosselklappen 21, 20 geöffnet sind.
Ist die Drosselklappe 20 geschlossen und nur die Drosselklappe 21 geöffnet, dann
strömt die gesamte Luft nur über den Ringraum 4 in den Brenner ein.
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Ein auf der Zeichnung nicht dargestelltes, besonderes Gebläse mit
hoher Pressung liefert die Trägerluft, die durch die Rohre 8 zugeführt wird.
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Der Brennstaub, der durch die Rohre 7 herabfällt und über die Kammern
11 und die Öffnungen 10 in die Brennstaubzuführungsrohre 5 gelangt, trifft beim
Eintritt in die Rohre 5 auf die mit hoher Geschwindigkeit durch die Rohre 8 strömende
Trägerluft. Diese saugt den Brennstaub in das Brennstaubzuführungsrohr 5 hinein.
Bei einer derartigen Wirkung ist jeglicher Rückdruck im Zuführungsrohr 7 unterbunden.
Beim Zusammentreffen von Trägerluft und Brennstaub im Brennstaubzuführungsrohr 5
tritt eine gute Durchinischung ein. Die Mischung aus Brennstaub und Trägerluft gelangt
über die Brennstaubzuführungsrohre 5 in die Brennerdüse 1, in die über das Rohr
3 und über den Ringraum 4 die Verbrennungsluft eintritt.
In der
Düse 1 findet somit eine intensive Mischung sämtlicher Teilströme mit dem Brennstaub
statt. Der Kern dieser Gesamtströmung besteht aus der brennstaubbeladenen Trägerluft,
die von der Verbrennungsluft umgeben ist.
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Durch ## 7erstellen der Hälften 13, 14 der Drosselklappen
20 bzw. 21 können die Luftmenge und -strömung geregelt werden. Abgesehen
davon kann auch noch Vorsorge für eine Regelung der Trägerluft getroffen werden,
indem z. B. in deren Zuführungsleitung ebenfalls Drosselklappen vorgesehen sein
können.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform
beschränkt. So können statt der im Ausführungsbeispiel gezeigten sieben Brennstaubzuführungsrohre
5 auch mehr oder weniger vorgesehen sein. Es kann ferner nur durch das innere Rohr
3 Luft zugeführt werden. In diesem Falle ist der Ringraum 4 durch die Drosselklappe
21 verschlossen. Umgekehrt kann aber auch die gesamte Verbrennungsluft nur durch
den Ringraum 4 geleitet werden, dann ist das Rohr 3 durch die Drosselklappe 20 verschlossen.