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Kohlenstaubbrenner, insbesondere für Dampferzeuger großer Leistung
Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung von Kohlenstaubbrennern, insbesondere
für Dampferzeuger großer Leistung.
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Für die Beheizung von Dampferzeugern ist es bekannt, mehrere Einzelbrenner
für Kohlenstaub zusammen mit den Luftdüsen in einem Brennerkasten zu vereinigen.
Im allgemeinen liegen hierbei Staub-und Luftdüsen übereinander, wobei außerdem noch
besondere Mantelluft- und/oder Drittluftdüsen vorhanden sein können, deren Luftströme
das Staub-Luft-Gemisch außen umgeben.
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Da die Menge des der Feuerung zuzuführenden Brennstoffes und der zugehörigen
Verbrennungsluft sich proportional der Kesselleistung ändert, so werden üblicherweise
bei abnehmender Kesselleistung einzelne Brenner oder Brennergruppen abgeschaltet,
vorzugsweise durch Stillsetzen einer oder mehrerer die Brenner speisenden Mühlen.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn in bekannter Weise mehrere Mühlen auf eine Brennergruppe
hinarbeiten, so daß bei Abschalten einer Mühle jedem Brenner noch eine Teilstaubmenge
von der anderen Mühle zufließt. Um die abgeschalteten Brenner vor ihrer Zerstörung
durch Flammeneinstrahlung zu schützen, ist es erforderlich, sie zu kühlen, wozu
sich in erster Linie die Luft aus dem Zweitluftkanal anbietet, weil hierzu keine
weiteren Bauteile erforderlich sind.
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Diese Art der Brennnerkühlung hat zur Folge, daß mit abnehmender Kesselleistung
immer größere Kühlluftmengen eingeblasen werden müssen, .die an der Verbrennung
gar nicht oder nur unvollkommen teilnehmen, wodurch der Luftüberschuß erhöht und
der Kesselwirkungsgrad verschlechtert wird. Der Versuch, die Brennerkühlluft durch
Drosselung der Zweitluft des oder der in Betrieb befindlichen Brenner als Verbrennungsluftanteil
zu verwenden, führt zu einem ungünstigen Verbrennungsablauf, zu CO-Strähnenbildung,
Schieflage der Flamme und gegebenenfalls zu ungenügendem Schmelzfluß der Ascheteilchen,
wodurch der Schlackenabfluß gefährdet ist, so daß dieser Weg keinen nachhaltigen
Erfolg verspricht.
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Die Erfahrung hat außerdem gezeigt, daß eine einwandfreie Verbrennung
von Kohlenstaub nur erreichbar ist, wenn die Zweitluft wit wesentlich höherer Geschwindigkeit
als der Staubstrahl eingeblasen wird, damit die völlige Mischung von Kohlenstaub
und Luft erst in einer bestimmten Entfernung von der Brennermündung erfolgt und
auf dem Wege dorthin die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes vergast und verbrannt
werden, wobei zugleich der verbleibende Kohlenstaub auf die erforderliche Zündtemperatur
aufgeheizt wird. Hieraus ergibt sich, daß die Forderung nach einer einwandfreien
Verbrennung des Kohlenstaubes sich mit dem Verlangen nach einem weiten Regelbereich
der Kesselleistung nicht deckt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer beliebigen Kesselleistung,
bis herunter zu etwa einem Fünftel der Vollast, stets eine einwandfreie Verbrennung
ohne unerwünschten Luftüberschuß aufrechtzuerhalten.
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Hierbei wird von einem Kohlenstaubbrenner in Rechteckform ausgegangen,
bei dem eine zentrale Zweitluftdüse von .der vollen Brennerhöhe zwischen quer unterteilten
Staubdüsen von je einem Teil der Brennerhöhe liegt, die ihrerseits von je einer
Mantelluftdüse in voller Höhe der Brenneröffnung flankiert sind.
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Gemäß der Erfindung ist die zentrale Zweitluftdüse in vorzugsweise
drei Teilkanäle quer aufgeteilt, von denen wenigstens der mittlereTeilkanal bei
jeder Belastung mit voller Luftpressung beaufschlagt wird, und die Staubdüsen in
bekannter Weise mit verschiedenen Staubquellen verbunden sind. Damit ist die Gewähr
gegeben, daß sich die erforderliche Eindringtiefe des Luftstrahles in den Staubstrahl
bei Vollast und Teillast nicht wesentlich ändert, so daß der Staubstrahl stets voll
in den Zweitluftstrahl eingesaugt wird.
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Es empfiehlt sich hierbei, in den mittleren Teilkanal des Zweitluftkanals
den Zündbrenner einzubauen.
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Diese erfindungsgemäße Anordnung der Staub-und Luftdüsen läßt ein
bekanntes Regelverfahren zu, mit dem die Feuerung bei einwandfreiem Verbrennungsablauf
in weiten Grenzen der jeweiligen Kesselleistung angepaßt werden kann. Hierbei wird
das Verhältnis Kohlenstaub zu Primär- oder Trägerluft
plus Mantelluft
über den ganzen Regelbereich konstant gehalten.
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Das Regelverfahren spielt sich bei Lastabnahme wie folgt ab: Zunächst
wird bei abnehmendem Kohlenstaubgehalt der Primärluft die Mantelluft entsprechend
verringert. Ist die Mantelluft bis nahe gegen Null heruntergeregelt, wird eine der
Staubdüsen und ein Teil der Zweitluftdüsen abgeschaltet, während die noch arbeitenden
Zweitluftdüsen mit voller Luftpressung weiter beaufschlagt werden.
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Bei einer Querunterteilung der beiden Staubdüsen ist außerdem die
Möglichkeit gegeben, nur eine der vier Stauböffnungen zu betreiben, womit etwa ein
Viertel der Kesselleistung gedeckt wird, und der danebenliegende Teil der Zweitluftdüse
wird hierbei mit nur wenig gedrosselter Luftpressung beaufschlagt.
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Werden die Staubdüsen jeweils von einer anderen Staubquelle gespeist,
so ergibt sich der Vorteil, daß ohne jede Schwierigkeit eine oder mehrere Mühlen
abgeschaltet werden können, ohne daß die gleichmäßige Verteilung des Brennstaubes
auf die im Betrieb befindlichen Staubdüsen gestört wird. Es können damit z. B. bei
vier Brennersätzen und vier Mühlen je eine Teilstaubdüse eines jeden Brennersatzes
von je einer Mühle gespeist werden, womit die Gleichmäßigkeit in der Flammenbildung
auch bei 1/4-Teillast völlig erhalten bleibt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Brenneröffnungen in Stirnansicht, F i g. 2 die
gleiche Anordnung, jedoch mit Ouerunterteilung auch der Stauböffnungen, F i g. 3
eine Darstellung des Strömungsverlaufes bei voller Kesselleistung, F i g. 4 eine
Darstellung des Strömungsverlaufes bei halber Kesselleistung.
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Gemäß F i g. 1 besteht jeder der in Stirnansicht schematisch dargestellten
Brennersätze aus den beiden Staubdüsen 10 und 11 der zweimal quer unterteilten Zweitluftdüsen
12, 13, 14 und den Mantelluftschlitzen 15 und 16.
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Zwischen den Öffnungen liegen Kesselrohre17. Im mittleren Teil der
Zweitluftdüse befindet sich der Zündbrenner 18, oberhalb der Düsen ist die Regelung
der Mantelluft und des mittleren Teiles der Zweitluft in Abhängigkeit von der Luftpressung
der Sekundärluft angedeutet. F i g. 2 zeigt eine Ouerunterteilung auch der Staubdüsen
10, 10a bzw. 11,
11a, die von je einer Staubquelle gespeist werden.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen Bilder der Strömungsverläufe bei voller
Beaufschlagung aller Düsen, entsprechend 100% Kesselleistung, bzw. bei Beaufschlaauno,
nur einer Staubdüse und Beaufschlagung eines Teiles der Zweitluftdüse mit vollem
Druck entsprechend 50 11,1o der Kesselleistung.
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Oberhalb sind die entsprechenden Geschwindigkeiten als Vektoren aufgetragen.
Angenommen ist hierbei, daß eine geringe Luftmenge als Kühlluft den Mantelschlitzen
15, 16 bei abnehmender Kesselleistung weiter zugeführt wird. Aus diesen Figuren
ergibt sich, daß bei der kleinsten Kesselleistung nur ein Viertel der Staubdüsen
und ein Drittel der Zweitluftdüsen eines jeden Brennersatzes beaufschlagt werden
und zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Mischvorganges die Geschwindigkeit
der Zweitluft nur um ein zulässiges Maß, z. B. von 60 auf 50 m/sec, herabgesetzt
zu werden braucht, bei der noch eine einwandfreie Verbrennung möglich ist.