DE1551707A1 - Brenner fuer fluessige,halbfluessige,emulgierte oder in Fluessigkeiten suspendierte feste Brennstoffe - Google Patents

Description

• Brenner für flüssige, halbflüssigeg emulgierte oder in Flüssigkeiten suspendierte feste Brennstoffe Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere für flüssige, fließfähige, emu4erte oder in Flüssigkeiten suspendierte staubförmige oder körnige feste Brennstoffe, bei dem der Brennstoff durch ein zentrales Zuführungsrohr einem in Richtung des Brennraumes sich erweiternden rotierenden Becher zugefÜhrt, von der Becheraustrittskante abgeschleudert und mit Verbrenniingsluft vermischt wird, und bei welchem auf der Innenseite des Bechers Führungsorgane, z.B. Rillen oder Rippen angeordnet sind, welche den in den Becher eingebrachten Brennstoff in Umfangsrichtung mitnehmene Bei Versuchen, derartige Drehzerstäuberbrenner auf ihre Eignung für die Verfeuerung von Kohle-Wasser-Suspensionen (nachfolgend kurz #IKWSII genannt) zu erproben, zeigte sich ein außerordentlich starker Verschleißg so.daß die Lebensdauer der Zerstäuberbecher kaum über hundert Betriebestunden hinauskam. Die Aufgabe eines solchen Drehzerstäuberbechers besteht bekanntlich darin, den in ihn eingebrachten Brennstoff auf die Umfangsgeschwindigkeit an der Becheraustrittskante zu beschleunigen, mit der er dann in den Feuerungsraum abgeschleudert wird. Die Beschleunigungskräfte werden dabei fast ausschließlich durch Reibung übertragen. Dadurch ergeben sich sehr hohe Relativ- geschwindigkeiten zwischen-dem Brennstoff und der Becherwand, die bei Verwendung von EWS als Brennstoff infolge der hohen Fliebkräfte große Flachenprooaungen der an die Wand So ffl okten festen, häufig auch spitzen und scharfkantigen Bestandteile hervorrufen. Besonders auffallend treten diese abrasiven und erodierenden Wirkungen am Becherrand und an der Stelle in Erscheinung, wo die durch das zentrale Zuführungsrohr eingeführte KWS auf die Becherwand auftrifft, an der sich dann schon nach kurzer Zeit eine tiefe Auskolkung zeigt. Ausgehend von dieser Erkenntnis liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den Brennstoff von einem zentralen Zuführungsrohr bis zur Becheraustrittska-äte so zu führen, daß unnötige Helativgeschwindigkeiten zwischen Becherwand und Brennstoff vermieden werden, und daß nur geringe, vorzugsweise axiale Transportgeschwindigkeiten auftreten können. Wie aus der Einleitung hervorgeht, sind nun zwar Drehzerstäuberbecher mit im Innern angeordneten schaufelartigen Führungselementen bekannt. Im einen Falle ist vor der AustrittsÖffnung des zentralen Zuführungsrohres diametral zum Becherquerschnitt eine schaufelartige Schneide oder ein Schneidenpaar angeordnet, die bzw. das den Brennstoffstrom aufteilen und auf die Becherwand verteilen soll. Für die Verwendung bei KWS wäre dieser Brenner aber schon deshalb nicht geeignet, weil der gesamte Brennstoff-Strom die Schneide voll beaufschlagt, diese also schon nach kurzer Betriebszeit zerstört werden würde. #Bei einem anderen bekannten Drehzerstäuberbecher ist die Becherwand mit einer wellenförmigen Riffelung versehen, die jedoch weder eine sichere Axialführung längs der Becherwand noch die Vermeidung der Auskolkung beim Auftreffeii der KWS auf die Wand gewährleisten kann. Gemäß vorliegender Erfindung wird die oben umrissene Aufgabe dadurch gelöst, daß das zentrale Zuführungsrohr nur bis in die hohle Nabe bzw. Welle des Drehzerstäuberbechers hineinragt, in welcher ebenfalls ?Wnningeorgane angeordnet eind» welche dem in axialer ]Richtung strömenden Brennstoff eine solche Umfangskomponente aufzwingeng daß er möglichst stoßfrei auf diä Rippsn an der Innenseite des Zerstäuberbechers und längs dieser Rippen kontinuierlich zur Austrittskante des Bechers gelangt. Auf diese Weise wird der Brennstoff ohne Relativgeschwindigkeiten in Umfangsrichtung von der zentralen Zuführungsstelle bis zur Becheraustrittskante gefÜhrt.
• Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 einen Brönner mit parabelförmig divergierendem Zerstiluberbecher im Axialschnitt, Fig. 2 einen Drehzerstäuberbrenner mit einem an der Nabe angebrachten Verteilerkopf, Fig. 3 einen Schnitt längs Linie III + III der Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt äurch einen Becher mit parabelfÖrmigen Rillen. In Fig. 1 bezeichnet 11 das feststehende Zuführungsrohr, durch welches die KWS in die hohl ausgebildete Welle oder Nabe 12 gelangt, die im Innern mit Rippen 23 versehen ist. Je nach der durchzusetzenden Brennstoffmenge, die den Innendurchmesser der Welle bedingt, beginnen die eine Relativbewegung in Umfangsrichtung verhindernden Rippen 23 im größeren oder kleineren Abstand von der Austrittsöffnung des Zuführungsrohres 11. In gewissen Fällen können aber auch schon im feststehenden Zuführungsrohr Rippen in Form von Leftschaufeln angeordnet sein. Die Stopfbüchse 24 dient zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem rotierenden Teil und dem feststehenden Rohr 11. Die Rippen 23 können dazu mindestens auf ihrer Eintrittsseite eine solche StEigung aufweisen, daß der Eintritt der Flüssigkeit stoßfrei erfolgt. Der aus dem Hohlraum der Welle 12 austretende Brennstoff gelangt in den Becher 13, der auf seiner Innenseite mit Rippen 24 versehen ist. Auch dieser Übergang erfolgt stoßfrei, so daß der Brennstoff kontinuierlich zur Austrittskante des Bechers gelangt, wo er mit der zur Zerstäubung erforderlichen Umfangsgeschwindigkeit abgeschleudert wird. Durch den zwischen dem Lagergehäuse 14 und dem Gehäuse 15 befindlichen Raum 17 wird die Primär-Verbrennungsluft zugeführt, die in der RingspaltdÜse 18 beschleunigt wird.
• Infolge der im Becher l# angebrachten Rippen 24 kann nur noch die relativ kleine Axialgeschwindigkeit auf die Becherwand erodierend wirken. Die Beschleunigung des Brennstoffes auf die benötigte Umfangsgeschwindigkeit am Becherrand kann somit rasch erfolgen. Aus diesem Grunde kann auch die Erzeugende der die Innenwand bildenden Rotationsfläche des Bechers nicht nur von einer Geraden, sondern auch von einem Teil einer Hyperbel oder einer Parabel gebildet sein. Bei Anwendung bekannter Gußverfahren lassen sich derartige Becher rationell fertigen und führen zu kürzeren Brennereinheiten.
• Bei einem Brenner entsprechend Fig. 1 wird die Primärluft normalerweise mit verhältnismäßig hoher Fressung, z. B. 1800 mm WS zugeführt. Sie tritt daher mit sehr hoher Geschwindigkeit aus der Ringdüse 18 heraus. Die Brennstoffteilchen werden dagegen tangential von der Becherkante abgeschleudert. Sie fliegen dabei etwa in Richtung der Normalen zur StrÖmungsrichtung der Primärluft, so daß sich eine sehr gute Zerstäubung und Aufteilung des Brennstoffes ergibt. Bei der Verfeuerung von KWS strebt man nun aber an, mit einer möglichst groben Vermahlung auszukommen, so daß also ein verhältnismäßig großer Anteil an grobem Korn in die Feuerung gelangt. Es kann daher vorkommen, daß besonders grobe Körner den Luftschleier durchschlagen und quer zur Strahlrichtung abwandern, wodurch diese Teilchen nicht oder nur unzureichend zum Ausbrand gelangen.
• Dieser Mangel wird nun nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung durch Anordnung von Reflexionsringen vermieden. Fig. 1 zeigt den die Luftdüse 18 konzentrisch umschließenden Reflexionsring 19, auf den solche Grobteilchen aufprallen und etwa in Strahlrichtung reflektiert werden. Ein zweiter Ring 21 kann zusätzlich konzentrisch zum Ringkanal 20 fÜr die Sekundärluft angebracht sein, den man dazu auch axialverschieblich anordnen kann, um ihn unter Berücksichtigung der jeweiligen Drehzahl des Bechers, des Brenn-

  stoffdu,-- .-z3.tzes, Korngröße und dgl. in die günstigste Stellung '

  bringen zu können.
• -Die Reflexionsringe 19, 21 können aus verschleißfestem, hochhitzebeständigem Material, z. B. Sinterkorund, hergestellt sein. Dadurch daß gröbere BrennstoffkÖrnchen in den Luftstrom zurückgeworfen werden, braucht auch dessen Geschwindigkeit nicht mehr so groß zu sein. Dementsprechend-kann man auch den Luftdruck reduzieren und somit den Energieaufwand für den Betrieb des Brenners senken.
• Der in Fig. 2 in schematischer Darstellung gezeigte Brenner besteht aus der Hohlwelle 1, an deren freiem Ende der Verteiler 2 mit schräg nach außen verlaufenden Kanälen 3 angebracht ist. Am Wellenende ist der Zerstäuberbecher 4 befestigt, der sich zum Brenn aum hin erweitert und an der Innenwand mit Rippen 5 versehen ist. Durch das zentrale Rohr 6 wird der Brennstoff in die Hohlwelle 1 eingeführt. Die Kanäle 3 im Verteilerkopf 2 sind so angeordnet.» daß sie den in die Hohlwelle 1 eingebrachten Brennstoff in mehreren TeilstrÖmen schräg radial nach außen führen und derartig auf die Becherwand leiten, daß auf die Rippen gleichfalls kein Eintrittsstoß ausgeübt wird. Der Vektor der relativen Strömungsgeschwindigkeit liegt also auch hier in.Richtung der Eintrittskante der Rippen 5.
• Die Querschnitte der Brennstoff-Führungskanäle des Bechers senkrecht zur Tranaportbewegung des Brennstoffes sind als nach innen offene, unmittelbar aneinander anschließende Halbkreise oder Parabeln ausgebildet. Die Tiefe der Rille, zumindest an ihrem Anfang, sollte mindestens die Hälfte der Rillenbreite betragen. Der Ge- samtquerschnitt der Rillen sollte größer sein als der axiale Zuführungsquerschnitt, so daß mit Sicherheit der gesamte Brennstoff in den Rillen aufgenommen werden kann, Fig. 3 läßt die-von den Rippen 5 gebildeten Kanäle 7mit etwa parabelförmigem Tranaport-Querschnitt für den Brennstoff erkennen. Fig. 4 zeigt eine Querschnittsform, die bei großer radialer Steigung der Becherkontur und den dadurch auftretenden Beschleunigungen der möglichen Erosionsform Rechnung trägt.
• Die Rippen können vorzugsweise auf Erzeugenden des Bechermantels liegen, sie können aber auch spiralig mit konstanter oder veränderlicher Steigung verlaufen, um nämlich bestimmte Austrittseffekte zu erzielen.
• Die Austrittskanten des Bechers können noch einen Erosionssehutz besitzen, z.B. dadurch, daß hocherosionsfeste Werkstoffe verwendet werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die feststehende axiale Zuführung auch aus mehrereng nebeneinander oder konzentrisch angeordneten Rohren bestehen, so daß neben der Zuführung von KWS die Zuführung anderer Betriebsmittel möglich ist, so»z.B. die Zuführung von Zündöl für das Anfahren der Brenner oder auch, um im Teillastbereich durch Ölzugabe ein Stützfeuer zu bekommen. Im anderen Fall kann auch Preßluft zugeführt werden, um beispielsweise bei bestimmten Betriebszuständen der KWS eine größere Axialkomponente zu erteilen. Für diesen Zweck ist im Brenner nach Fig. 1 das Rohr im Brennstoff-Zuführungsrohr 11 angeordnet. Beim Brenner nach Fig. 2 kann stattdessen der Ringkanal zwischen Hohlwelle 1 und Brennstoffrohr 6 für den gleichen Zweck genutzt werden.

Claims (1)

1. Vatentanspräche Brenner, insbesondere für flüssige, fließfähige, emulgierte oder in Flüssigkeiten suspendierte, staubförmige oder körnige feste Brenustoffe, bei de--11 der Dreirn.91-Xof Z durc,1-i ein "rohr einem i -n Richtung des Brennraumes sich erweiternden rotierenden Becher zugeführt, von der Becheraustritluskante abgeschleudert und mit Verbrennungsluft vermischt wird, und bei- welchem auf der Innenseite des Bechers Führungsorgane, ?- B. R:Lllen-oder Rippen angeordnet sind, welche den in den Becher eingebrachten Brennstoff in Umfang ,srichtung mitnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Zuführungsrohr (6, 11) nur bis in die hohle Nabe bzw. Welle (11 12) des Drehzerstäuberbechers (4, 13) hineinragt, in welcher ebenfalls Führungsorgane \'-,. B. Kanäle 3 bzw. Rippen 23) angeordnet sind, welche dem in axialer Richtung strömenden Brennstoff eine solche Umfangskomponente aufzwingen, daß er möglichst stoßfrei auf die Rippen (5, 24) an der Innenseite des Zerstäuberbechers (49 13) und längs dieser Rippen kontinuierlich zur Austrittskante des Bechers gelangt.' 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Nabe (1) durch einen Verteilerkopf (2) abgeschlossen ist, aus dem der Brennstoff vorzugsweise durch schräg nach außen gerichtete Kanäle (3) den Rippen (5) oder Rillen 'des Zerstäuberbecheis zugeführt wird. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die (#uerschnitte der durch die Rippen (5) gebildeten Brennstoff-FÜhrungskanäle normal zur Transportbewegung des Brennstoffes als nach innen offene, unmittelbar aneinandergereihte Halbkreise oder 1-arabein ausgebildet sind. 4. Bre=er nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Rillen, zumindest aü ihrem Anfang, mindestens die Hälfte der Rillenbrelte beträgt. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ripp4n bzw. die nach innen offenen Kanäle spiralig mit konstanter und/ oder veränderlicher Oteigung verlaufen. 6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Becher im Axialschnitt eine hyperbel- oder parabelförmige, nach dem Brennraum divergierende Kontur aufweist. 7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittskante des Bechers einen besonderen Erosionsschutz aufweist, z. B. durch hocherosionsfeste Werkstoffe, durch Stellitieren der Kanten, Härten der Kanten oder ähnliche Maßnahmen. 8. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Becher aus erosionsfesten "Werkstoffen, z.B. Sinterkorund besteht. g. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des zentralen Brennstoff-Zuführungsrohres (11) etwa dem Innendurchmesser der Hohlwelle (12) entspricht, und daß der drehende Teil gegenüber dem feststehenden Teil durch eine ötopfbüchse (22) abgedichtet ist. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein zentrisch im Brennstoff-Zuführungsrohr (11) angeordnetes Rohr (16) oder durch den Ringkanal zwischen der Hohlwelle (1) und dem Brennstoff-Zuführungsrohr (6) in an sich bekannter Weise weitere Verbrennungsluft zugeführt wird. 11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß im radialen Abstand von der die Becheraustrittskante umgebenden Primärluftdüse ein feststehender Reflexionsring (19) angeordnet ist. 12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenzone des Sekundärluftzutritts ein weiterer, auch in Ab- hängigkeit von Last und/oder Brenns-'%-;ofj'-art verstellbarer lieflexionsring (21) angeordnet Jst,