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Brennkammer nach Art eines Zyklons Die Erfindung betrifft eine nach
Art eines Zyklons ausgebildete Brennkammer für staubförmige, flüssige oder gasförmige
Brennstoffe mit tangentialen Luft-und Brennstoffzuführungen und axialem Gasaustritt
durch eine Stirnwand.
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Bei den bekannten Zyklonbrennkammern, bei denen die von Verbrennungsrückständen
gereinigten Verbrennungsgase sowie die anfallende Schlacke vielfach in gleicher
Richtung die Brennkammer verlassen, ist es oft nur schwer zu vermeiden, daß sich
Brennstoffe und Verbrennungsrückstände an der Brennkammerwandung absetzen. Darüber
hinaus ist die Verweilzeit der einzelnen Brennstoffpartikel in einem Zyklon nur
sehr schwer einzustellen und zu beherrschen.
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Bei Ausnutzung der in einer Drehströmung auftretenden Kräfte ist es
dagegen möglich, die Verweilzeiten in der Brennkammer genau einzustellen. Darüber
hinaus ist es mit Hilfe der Drehströmung möglich, die Verbrennungsrückstände sicher
abzuscheiden, bevor sie in den eigentlichen Kessel gelangen und dort zu Verschmutzungen
führen. Außerdem wird der Wärmeübergang von den Verbrennungsgasen auf die zu beheizenden
Rohrwandungen erheblich verbessert.
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Eine derartige Drehströmung besteht aus einer äußeren, wendelförmig
verlaufenden Potentialwirbelströmüng und einer inneren, gleichsinnig umlaufenden,
jedoch eine entgegengesetzte axiale Fortschreitungsrichtung aufweisenden Rotationsströmung.
Die in diese Strömung eingeführten Brennstoffteilchen werden durch die Wirkung der
innerhalb dieser Strömungskombination herrschenden Kräfte im übergangsbereich zwischen
Potential- und Rotationsströmung in ringförmigen oder strähnenartigen Anreicherungen
entsprechend der eingestellten Strömung gehalten und können dann nach vollständigem
Ausbrand mit einem Ast der Potentialwirbelströmung in einen Bunker an einer der
Stirnseiten der Brennkammer abgeführt werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Brennkammer außer den tangentialen
Zuführungen mit weiteren, tangential und schräg zur Achse geneigten Düsen zur Luftzufuhr
versehen und die dem Gasaustritt gegenüberliegende Stirnwand nach innen gewölbt
ist.
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Durch diese zusätzlichen schräg-tangential geneigten Düsen wird in
der Brennkammer die oben beschriebene Drehströmung erzeugt, mit deren Hilfe die
Brennstoffe in ringförmigen Anreicherungen innerhalb der Brennkammer gehalten und
somit die Ausbrennzeit genau reguliert werden kann. Dabei verläuft die äußere Potentialwirbelströmung
dieser Drehströmung in Richtung zur dem Gasaustritt gegenüberliegenden Stirnseite.
Um die Umlenkung der äußeren Potentialwirbelströmung zur inneren Rotationsströmung
zu unterstützen und die Strömung im ganzen besser zu führen, ist diese Stirnwand
zusätzlich nach innen gewölbt.
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Es ist dabei möglich, die Brennkammer in Hauptströmungsrichtung konisch
zu erweitern und am konisch erweiterten Ende mit einem Ascheaustragspalt zu versehen.
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Um jedoch bei der Verwendung von staubförmigen Brennstoffen, die leicht
zu Verschmutzungen der Kesselheizflächen führen können, eine bessere Abscheidung
der Verbrennungsrückstände zu bewirken; hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die
Brennkammer in Richtung zum Gasaustritt hin angenähert konisch zu verengen und an
der konvexen Stirnseite der Brennkammer mit einem Ascheabfluß zu versehen: -An Hand
einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen
nach der Erfindung näher dargestellt.
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In den F i g. 1 und 2 ist ein beispielsweise horizontal angeordneter
Zyklon dargestellt, bei dem die zu verbrennenden staubförmigen Kohlepartikeln durch
eine Drehströmung in Bewegung gesetzt und gehalten werden. Innerhalb der Brennkammer
1 sind Eintrittsöffnungen für Luft und Kohle 2 und 3 vorgesehen, die tangential
oder schräg-tangential in das Innere einmünden. Zur Anregung oder Unterstützung
der sich ausbildenden Drehströmung ist ein schräg-tangentialer Einlaß 4 zur Hilfseinblasung
in Richtung des Pfeiles 5 vorgesehen. Ebenso wie mehrere Einlässe 2 und 3 nebeneinander,
übereinander oder längs des Umfanges verteilt sein können, können auch eine Anzahl
von Düsen 4 um den Umfang verteilt sein. Zweckmäßig ist die Zweitluftzufuhr 5 regelbar.
Hinter
der Prallwand 6 befinden sich die Rohrpakete 7 des Berührungsteils des Dampfkessels,
durch den die Rauchgase in Richtung des Pfeiles 8 zu den weiteren Kesselzügen abströmen.
Die gegenüberliegende Wandung 9 der Brennkammer 1 ist im Gegensatz
zu den herkömmlichen Zyklonfeuerungen nach innen gewölbt. Ein Einlaß 10 dient
der Schlacke- und Flugstaubrückführung in Richtung des Pfeiles 11. Hier wird ein
regelbarer Unterdruck erzeugt. Die Abführung der Verbrennungsrückstände erfolgt
zum Aschenloch 12 hin.
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In F i g. 2 ist der Verlauf der Strömungen in einer solchen Brennkammer
dargestellt. Die Zentren der Rotationsströmungen 13 liegen zwischen den Wirbelquellen
14 und Wirbelsenken 15. Die gestrichelte Linie 16 bezeichnet die Grenze
des Quellgebietes in Gestalt einer verformten Ebene. Die Verbrennungsrückstände
werden in Richtung des Pfeiles 17 zum Aschenloch abgeführt.
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Die Erfindung zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Zyklonen dadurch
aus, daß die Kohleteilchen längere Zeit auf Kreisbahnen, die beliebig verstellbar
sind, herumgewirbelt werden, so daß eine wesentliche Verlängerung des Brennweges
entsteht und damit der Ausbrand erhöht wird. Der Primäreinbindungsgrad wird vergrößert.
Außerdem können Brennweg, Ausbrand und Primäreinbindungsgrad in beliebiger Weise
beeinflußt bzw. fest vorgegeben werden, weil man den Verbrennungsvorgang leicht
beeinflussen kann. Dies hat vor allem auch Bedeutung beim Arbeiten mit unterschiedlicher
Kesselbelastung, so daß auf diese Weise ein wirtschaftlicherer Schwachlastbetrieb
ermöglicht wird.
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Wie der Verlauf der _Sekundärströmungen in F i g. 2 zeigt, verläuft
an den Außenwänden der Brennkammer die relativ langsame Potentialströmung, so daß
kein nennenswerter Abrieb der Brennkammerinnenwandungen erfolgt und keine reduzierende
Atmosphäre entstehen kann. Durch die isolierende Wirkung der Potentialströmung können
auch zu hohe Wärmebelastungen mit hinreichender Sicherheit vermieden werden.
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In F i g. 3 ist eine horizontal angeordnete Brennkammer mit nach außen
gewölbter Kontur schematisch dargestellt. Der Verlauf der Strömungen ist hier in
vereinfachter Weise eingezeichnet.
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In F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sich
die Brennkammer zum Gasaustritt hin verjüngt bzw. angenähert konisch ausgebildet
ist und die dem Gasaustritt gegenüberliegende Stirnwand 9 ebenfalls nach innen gewölbt
ist. Im Gegensatz zu den üblichen Bauformen befindet sich der Ascheabfluß 21 an
dieser Seite. Der besondere Vorteil dieser Bauart liegt darin, daß eine erhöhte
Eütstaubung erreicht wird. In der sieh verengenden Brennkammer eilen die Staubteilchen
den Medienteilchen in axialer Richtung relativ nach, so daß sie sich im Aschenloch,
das auch schräg-tangential a$gtsoltzt werden kann, sammelte. Die Abscheidung ddt:
Aubdteilchen wird durch die ausgeprägt konvexe Stirnwand 9 noch erhöht. Der Strömungsverlauf
ist durch die mit Pfeilen versehenen Linien 22 und 23 veTsinnbildlicht, wobei die
Strömungen, die zur Ringbildung führen, deutlich dargestellt sind. Am Außenrand
der Kammer liegt die Potentialströmung 23, in der Mitte die Rotationsströmung 22.
Mit 24, 25, 26 und 27 werden die Düsen zur Luftzufuhr bezeichnet. Zwischen den Ebenen
in Höhe der Düsen 24, 25 einerseits und 26, 27 andererseits bildet sich der
erste Staubring 35 aus. Der zweite Staubring 36 liegt vor der Stirnwand 9.
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Durch die anfangs geschilderte Relativbes«Ueunigung der Staubteilchen
gegenüber den Medienteilchen in Achsrichtung der Brennkammer entgeder Hauptströmung
werden die beiden stabilen Ringe abgeschält und die Staubteilchen wandern kontiüt:rlich
in das Aschenloch hinein. Die Brenner kann sowohl schräg als auch senkrecht gestellt
rden, so daß bei der senkrechten Aufstellung der Konus nach oben zeigt. In der Brennkammer
fährt man also zusätzlich eine Kegelströmung aus, dt; die Eigenschaften hat, daß
die Staubteile an den üdet zur Öffnung des Konus zurücklaufen, also entgephgesetzt
zum Hauptstrom.