-
Die
Erfindung betrifft einen Brenner für feste und flüssige Brennstoffe,
insbesondere für
bei der Zementherstellung eingesetzte Anlagen, mit einem in ein
Drehrohr eingeführten
Brennerrohr, darin verlaufenden Zuleitungen für Brennstoff und Primärluft sowie
mit endseitig angeordneten Brennerdüsen. Ein solcher Brenner ist
aus der
DE 39 33 050
A1 bekannt.
-
Bei
verschiedenen industriellen Prozessen wird fester, staubförmiger Brennstoff,
insbesondere Kohle über
geeignete Brenner bzw. Brennerlanzen in den Ofen hineintransportiert,
wo die Zündung
und Verbrennung des Brennstoffes erfolgt. Bei der Zementherstellung
wird der feste Brennstoff über
eine zentrale Feststoffzuleitung herangeführt und mit der benötigten Luft
durch das Brennerrohr hindurch in das Drehrohr eingeblasen. Beim
sogenannten Müller-Kühne-Verfahren
dient der chemisch reaktive Kohlenstoff bei über 700 °C im Drehrohr zur reduzierenden
Spaltung von Calciumsulfat. Dieses Calciumsulfat bzw. das sich daraus
bildende Calciumsulfit reagiert mit überschüssigem Calciumsulfat zu Calciumoxyd
und Schwefeldioxyd. Neben Zementklinker fällt SO2-haltiges
Ofengas an, das nach Reinigung zu SO3 bzw.
Schwefelsäure
umgesetzt wird. Mit Hilfe des Müller-Kühne-Verfahrens
ist es möglich,
Industriereststoffe einzusetzen, wobei REA-Gipse, Sulfite, SAV-Produkte oder Aschen,
Porzelane; Bleicherden sowie Säureteere,
Säureharze
und Anfallschwefelsäure
mit verarbeitet worden sind. Nachteilig dabei ist, daß die gleichzeitige
Verbrennung der festen Brennstoffe und der flüssigen eingebrachten Ersatzstoffe
bzw. Medien ohne einander gegenseitig nachteilig zu behindern schwierig
ist und daß überhaupt die
besagten Zusatzmedien nur schwierig ohne besondere Behandlung verbrannt
werden können.
Zum An- und Abfahren wird die Brenneranlage mit Kohle und Heizöl betrieben.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen für Feststoffe
und Flüssigkeiten
geeigneten Brenner mit variabler (kurzer oder langer) Austragsflamme
zu schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Brenner nach Anspruch 1 gelöst.
-
Bei
dem Brenner nach der GB 1 195 560 ist eine Zuleitung für ein gasförmiges Medium
unterhalb der Feststoffzuleitung bis in das Drehrohr hineinreichend
angeordnet.
-
Die
EP 0 509 581 A2 zeigt
einen Brenner für feste
und flüssige
Brennstoffe, mit einem in ein Drehrohr eingeführten Brennerrohr und darin
verlaufenden konzentrischen Zuleitungen für Brennstoff und Primärluft sowie
mit endseitig angeordneten Brennerdüsen, wobei die Brennerspitze
gekühlt
und die Primärluft
vorgewärmt
wird.
-
Die
US 4,208,180 zeigt einen
Brenner für feste
und flüssige
Brennstoffe, mit einem in ein Drehrohr eingeführten Brennerrohr und darin
verlaufenden Zuleitungen für
Brennstoff und Primärluft
sowie mit endseitig angeordneten Brennerdüsen.
-
Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung des
Brenners ist es zunächst
einmal möglich,
die einzelnen Brennstoffe bzw. Medien bis in das Drehrohr so hineinzubringen,
daß sie
dort geschickt und ohne einander zu behindern verbrannt bzw. nach
dem Vergasen verbrannt werden können.
Dabei behindern sich die einzelnen Brennstoffe bzw. Medien nicht, sondern
sie unterstützen
sich dadurch, daß die
den festen Brennstoff transportierende Feststoffzuleitung so angeordnet
ist, daß die
entsprechende Flamme durch die Flamme oder die Flammen der anderen Medien
weit oder weniger weit in das Drehrohr hinein unterstützt, quasi
getragen wird. Die Feststoffe können
durch diese besondere Ausbildung des Brenners vollständig verbrannt
bzw. umgesetzt werden, so daß ein
einwandfreier Klinker entsteht, andererseits aber auch ein Rauchgas,
das wie weiter oben geschildert vorteilhaft zu SO3 und
H2SO4 umgesetzt
werden kann. Alle Leitungen bzw. Rohre werden im Brennerrohr zusammengefaßt, wobei
dieses Brennerrohr praktisch in die Wandung des Drehrohres einmündet, während die
Feststoffzuleitung und die Mediumzuleitungen je nach Bedarf noch
in das Drehrohr bzw. in den Ofen hineinragen kann. Insgesamt gesehen
ist somit ein Brenner geschaffen, der vorteilhaft sowohl feste Brennstoffe
wie auch flüssige
bzw. gasförmige Medien
so verbrennen und umsetzen kann, daß damit z. B. ein verbesserter,
zumindest aber gleichguter Herstellungsprozeß von Zement möglich wird
mit dem Vorteil einer Palette verschiedenartiger Ersatz- und Sekundärbrennstoffe.
-
Nach
einer zweckmäßigen Ausbildung
der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mediumzuleitungen über ein
Mantelrohr verfügen,
in dem neben einem Mediumrohr ein Gebläseluftrohr und/oder Zerstäubermediumrohr
konzentrisch zueinander angeordnet sind. Das über die Mediumzuleitungen herangeführte Medium,
so beispielsweise die Anfallschwefelsäure, oder Säureteere können auf diese Weise so weit
zerstäubt
und mit Verbrennungsluft angereichert werden, daß die vollständige Umsetzung
innerhalb des Drehrohres erfolgt. Über das Gebläseluftrohr
und das Zerstäubermediumrohr
können
dabei sowohl die Verbrennungsluft herangeführt werden, wie auch weitere
Medien wie z. B. Dampf, wenn dies zur Unterstütung des zu verbrennenden Mediums
notwendig wird. Dabei kann das Zerstäubermedium bzw. die Luft genau
dort zugemischt werden und zwar in der Regel innerhalb der Brennerdüsen, indem
auch die Zerstäubung
für den
anschließenden
Verbrennungsprozeß wichtig
ist.
-
Um
durch eine Mediumzuleitung jeweils nur das gleiche Medium transportieren
zu können,
anderseits aber möglichst
unterschiedliche Problemstoffe verarbeiten zu können, sieht die Erfindung vor, daß die Feststoffzuleitung
etwa mittig des Brennerrohres verlaufend angeordnet ist und daß weitere Mediumzuleitungen
die Feststoffzuleitung kreisförmig
umgebend positioniert sind. Je nach Größe des Brennerrohres bzw. umgekehrt
nach Anzahl der Mediumzuleitungen ist es so möglich, entweder unterschiedliche
Medien gleichzeitig oder aber je nach Anfall getrennt zuzuführen, Wobei
gemäß Erfindung
die unterhalb der Feststoffzuleitung verlaufenden Mediumzuleitungen
zweckmäßigerweise
als Tragschalenflamme immer belegt sind, also dem Sauerstoff bzw. den
Medien zugeordnet sind, die in entsprechenden Mengen verarbeitet
werden sollen.
-
Eine
gleichmäßige Führung der
Mediumzuleitungen innerhalb des Brennerrohres ohne gegenseitige
Beeinflussungen ist dadurch gegeben, daß die Mediumzuleitungen über sternförmig angeordnete
Stützstege
mit der Feststoffzuleitung verbunden sind. Damit ergeben sich zweckmäßiger Weise
rund um die ein zelnen Leitungen bzw. Rohre herum die weiter vorne
schon erwähnten
Umspülungskanäle. Dadurch
ist nicht nur eine Kühlung
bis in den Ofen hinein möglich,
sondern auch eine ausströmende
Luftzufuhr quasi um die einzelnen Leitungen bzw. Rohre herum im
Bereich des Drehrohres. Gleichzeitig sind damit die einzelnen Mediumzuleitunqen
sicher geführt,
was noch dadurch verbessert wird, daß die mit der Feststoffzuleitung
verbundenen Mediumzuleitungen sich an der Innenwandung des Brennerrohres abstützend angeordnet
sind. Damit ist das gesamte "Innenleben" des Brennerrohres
so positioniert, daß auch
bei Zuführung
unterschiedlichster Medien und Feststoffe eine sichere Zuführung bis
in das Drehrohr hinein erfolgen kann.
-
Mit
annehmbaren Abmessungen kann ein Brennerrohr verwirklicht werden,
bei dem als Mediumzuleitungen eine Säureteerleitung, eine Altölleitung,
eine Sauerstoffleitung, eine Lösemittelleitung, eine
Abfallsäureleitung
und eine Zuleitung für
viskose Öle
vorgesehen sind. Dabei sind den einzelnen Mediumzuleitungen wie
weiter erwähnt
neben dem Mediumrohr auch eine Gebläseluftrohr und/oder ein Zerstäubermediumrohr
zugeordnet, d. h. es sind jeweils mehrere Leitungen konzentrisch
darin verlegt, um innerhalb der jeweiligen Brennerdüse eine
Zerstäubung
des jeweiligen Mediums und eine Verteilung sicherzustellen, die
ein Verbrennen im Drehrohr bzw. Ofen sichert. Insbesondere bei viskosen Ölen beispielsweise
wird über
Heißdampf
eine Zerstäubung
des schwerflüssigen Öls sichergestellt,
so daß auch
dieser Problemstoff die Feststofflamme noch unterstützend eingesetzt
werden kann.
-
Schon
mehrfach ist darauf hingewiesen worden, daß die einzelnen Mediumzuleitungen
jeweils endseitig eine Brennerdüse
aufweisen. Dabei wird eine stabile und sichere Flamme dadurch sichergestellt,
daß die
Mediumzuleitungen in eine Brennerdüse einmündend ausgebildet sind, wobei
das Zerstäubermediumrohr
in einen den mittigen Mediumrohrausgang der Brennerdüse umhüllenden
Austrittskanal einmündet
und dabei von dem Gebläseluftrohr umgeben
ist. Auf diese Weise trifft das Medi um in einem bestimmten Abstand
vor der Brennerdüse
mit der über
den Austrittskanal gezielt ausgetragenen Luft bzw. dem Zerstäubermedium
zusammen, so daß die
schon mehrfach erwähnte
gleichmäßige Zerstäubung und
intensive Verbrennungsförderung
eintritt. Damit ergibt sich die große und stabile Flamme, die die
Flamme des Festbrennstoffes gezielt unterstützt und ergänzt.
-
Eine
vorteilhafte Verwirbelung und Zerstäubung des jeweiligen Mediums
ist insbesondere dann zu erreichen, wenn die Brennerdüse einen
Drallkörper
aufweist, der zusammen mit einer Injektorkappe auch den Austrittskanal
bildet. Über
den Drallkörper wird
ein Zerstäubermediumstrom
erzeugt, der dann gezielt über
den Austrittskanal auf das Medium einwirken kann, um so die erwähnte Zerstäubung sicherzustellen.
Dabei ist ergänzend
vorgesehen, daß der
Austrittskanal, der als Ringkanal und düsenförmig auslaufend ausgebildet
ist, mit Abstand vor dem Mediumrohr austragend ausgebildet ist.
Damit wird der Mediumstrom nach Verlassen des Mediumrohres bzw.
der Mediumzuleitung erfaßt
und wie beschrieben beeinflußt.
-
Eine
vorteilhafte Zerstäubung
wird insbesondere dann erreicht, wenn der Austrittskanal unter 15–60° auf die
Mittellinie des Mediumrohres austragend ausgebildet ist. Da der
Austrittskanal wie erwähnt
ein Ringkanal ist, trifft die Luft rundum und dabei gleichzeitig
das Medium beeinflussend aufeinander, so daß der gewünschte Zerstäubungseffekt
eintritt.
-
Eine
günstige
Montage und auch Demontage der Brennerdüsen ist gegeben, da das Mediumrohr
mit der es fortsetzend ausgebildeten Brennerdüse lösbar verbunden und über Zentrierschrauben
fixiert ist. Damit können
auch die Gebläseluft
und das Zerstäubermedium
gezielt in den Austrittkanal eingeschleust werden, um hier durch
den Drallkörper
beeinflußt
auf das Medium gerichtet zu werden. Diese Beeinflussung bzw. die
Zerstäubung
wird dadurch noch verbessert, daß dem Drallkörper Drallflügel zugeordnet
sind. Wie schon erwähnt
wirkt damit das Zerstäubungsmedium
in der Art auf die Brennerflamme ein, so daß Verwirbelungen und Zerkleinerungen entstehen,
die für
eine stabile und gleichmäßige Flamme
notwendig sind.
-
Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein für Feststoffe und Flüssigkeiten
sowie gasförmige
Medien geeigneter Brenner geschaffen ist, der eine vorteilhaft lange
oder kurze Austragsflamme aufweist, die entsprechend weit in den
Drehrohrofen hineinreicht, weil die Feststofflamme durch die übrigen Medienflammen
unterstützt,
quasi getragen oder durch forcierte Verbrennung aufgelöst wird:
Vorteilhaft ist dabei insbesondere, daß für die unterschiedlichsten Medien,
die zusätzlich
im Ofen bzw. im Drehrohr mit verbrannt werden, eine gleichmäßige und stabile
Flamme vorgegeben ist, die dann wiederum auch die notwendige Stützfunktion
für die
Feststofflamme erbringen kann. Durch gezielte Führung der einzelnen Medien
im Brennerrohr und auch im Austrag, d. h. in den einzelnen Brennerdüsen ist
sichergestellt, daß selbst
Problemstoffe wie Säureteer,
Altöl oder
Lösemittel
oder auch Abfallsäure
sicher verbrannt bzw. umgesetzt werden. Die besondere Ausbildung
des Brenners ermöglicht
dabei die gleichzeitige oder aber auch zeitlich gestaffelte Einbringung der
erwähnten
Brennstoffe zusammen mit Feststoffen, wobei diese Stoffe eigentlich
nur in der Anlaufphase des Betriebes reiner Brennstoff sind. Im
Laufe des weiteren Verfahrens werden dann in aller Regel auch über die
Feststoffzuleitung beispielsweise mit Kohlenwasserstoffen getränkte oder
beigemischte Holzspäne
oder Sägemehl
verfeuert, die einen ebenso sicheren Betrieb ermöglichen, weil sie zusammen mit
den ausgetragenen weiteren Medien eine stabile und den Zementherstellungsprozeß gewährleistende Flamme
ergeben.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt
ist. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch ein
Drehrohr am Brennstoffeintrag,
-
2 ein Brennerrohr in Seitenansicht,
-
3 ein Brennerrohr im Schnitt,
-
4 eine Brennerdüse im Schnitt
und
-
5 einen Schnitt durch ein
Brennerrohr mit einer Vielzahl von Mediumzuleitungen.
-
1 zeigt einen Brenner 1 der
einem Drehrohr 2 zugeordnet ist. Bei diesem Drehrohr 2 handelt es
sich um ein bei der Zementherstellung eingesetztes Drehrohr 2,
wobei mit 3 die Klinkerbrennzone bezeichnet ist, die also
im Bereich der weit in das Drehrohr 2 austragenden Feststofflamme 6 liegt.
-
Mit 4 ist
der Klinkeraustrag bezeichnet, der unterhalb des Feststoffaustrages 5 bzw.
des Endes der Feststoffzuleitung 7 liegt. Diese Feststoffzuleitung 7 endet
in aller Regel mit einem Glattrohr-Austrag, wobei eine gewisse Düsenausbildung
durchaus denkbar ist.
-
Unterhalb
der Feststoffzuleitung 7 ist eine Brennerdüse 8 gezeigt,
beispielsweise eine Altöl oder ähnliches
austragende Düse.
Die dabei entstehende Ölflamme 9 unterstützt und
trägt die
Feststofflamme 6, so daß diese weit in das Drehrohr 2 hineinreicht.
-
Die
hier im Detail nicht wiedergegebene Brennerdüse 8 bildet das Ende
der Mediumzuleitung 10, wobei es sich bei der Mediumzuleitung 10 um eine
Abfallsäure
transportierende Zuleitung oder um eine Altöl transportierende Mediumzuleitung
handelt. Hier in 1 ist
auch nur beispielhaft erläutert,
daß die
Mediumzuleitung 10 unterhalb der Feststoffzuleitung 7 positioniert
ist, wobei die Mediumzuleitungen auch wie weiter hinten noch erläutert die
Feststoffleitung 7 insgesamt umgebend angeordnet sein können. Die
verschiedenen Mediumzuleitungen 10, 18, 19 verlaufen
innerhalb eines sie aufnehmenden und sie schützenden Brennerrohres 11.
Das Brennerrohr 11 ist bis an die Wandung des Drehrohres 2 herangeführt und
stützt
die einzelnen Mediumzuleitungen 10, 18, 19 und
die Feststoffzuleitung 7 gleichzeitig auch mit ab, wobei
zwischen den einzelnen Zuleitungen Umspülungskanäle für Frischluft bzw. Gebläseluft verbleiben.
Diese Frischluft kühlt
die einzelnen Leitungen gleichzeitig.
-
2 zeigt das Brennerrohr 11 in
Seitenansicht, wobei endseitig die verschiedenen Zuleitungen 7, 10, 18, 19 sowie
auch 15, 15' und 15'' erkennbar sind. Bei den Letztgenannten
handelt es sich um Gebläseluftrohre 15,
die in die einzelnen Mediumrohre 13 eingeführt sind
oder aber die Umspülungskanäle 20, 21,
die aus 3 erkennbar
sind, mit Frischluft versorgen.
-
3 zeigt einen Schnitt durch
das Brennerrohr 11 gemäß 1, wobei deutlich wird,
daß die Feststoffzuleitung 7 über ein
stabiles als Glattrohr ausgebildetes Mantelrohr 14 verfügt. Damit
kann sowohl als Brennstoff Kohle wie auch Holzspäne oder ähnliches verwendet werden.
Die anderen Mediumrohre 13 bilden dabei gleichzeitig die
Mantelrohre 17 für
die einzelnen Mediumzuleitungen 10, 18, 19. Deutlich
wird bei dem Schnitt gemäß 3, daß auch diese Mantelrohre 17 wiederum
mehrere Leitungen bzw. Rohre aufnehmen können und zwar die eigentlichen
Mediumzuleitungen 10, 18, 19 sowie indirekt
ein Zerstäubermediumrohr 16.
So ist es möglich über die
am Ende der einzelnen Mediumrohre 13 angeordnete Brennerdüse 8,
wie 4 entnommen werden
kann, die einzelnen Medien jeweils über das Zerstäubermedium
vermischt und zerstäubt
so auszutragen, daß sie
aufgrund ihrer fein verteilten Partikel eine sichere Verbrennung
gewährleisten.
-
3 kann noch entnommen werden,
daß die
einzelnen Mediumrohre 13 bzw. Mantelrohre 17 sich
an der Innenwandung 22 des Brennerrohres 11 abstützen können, so
daß sich
eine insgesamt stabile Lage dieser einzelnen Leitungen ergibt.
-
Am
dem Drehrohr 2 zuwandten Ende der Mediumrohre 13 bzw.
des Rohres 25 sind wie erwähnt Brennerdüsen 8 angeordnet.
Diese Brennerdüsen 8 verfügen über einen
ringförmigen
Austrittskanal 26 für
das Zerstäubermedium
z. B. Druckluft und einen mittigen Mediumausgang 36, über den
beispielsweise Säureteer
austritt. Eine vorteilhafte Verwirbelung und Aufteilung in kleinste
Partikel wird dabei dadurch gewährleistet,
daß der
Austrittskanal 26 von einem Drallkörper 27 und einer
Injektorkappe 28 gebildet ist. Der so entstehende Austrittskanal 26 besteht
aus einem Ringkanal 31, 33 und eingebauten Drallflügeln 30, 32.
Den eigentlichen Austrag 34 bildet dabei eine Art Düse, die
dafür sorgt,
daß das
Zerstäubermedium
bzw. die Gebläseluft
genau auf die Mittellinie 35 austritt, wo eine Zerstäubung und
Aufteilung des jeweils austretenden Mediums erfolgt. Die Flamme 9 wird
von der an der Brennerdüse 8 vorbeströmenden Primär- bzw.
Gebläseluft
umhüllt,
die über
das Gebläseluftrohr 15 herausgeführt wird.
Als Zerstäubermeidum
kann auch mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet werden.
-
Zur
Verbindung bzw. zur Festlegung der Brennerdüse 8 am Rohr 25 bzw.
Mediumrohr 13 dienen Zentrierschrauben 29, die
damit auch einen eventuell notwendigen Austausch der Brennerdüse 8 erleichtern.
Bei diesen Zentrierschrauben 29 handelt es sich um Imbusschrauben,
die eine günstige
Handhabung ermöglichen.
-
Strichpunktiert
ist angedeutet, wo ungefähr der
Punkt ist, an dem die austretenden Zerstäubermediumstrahlen auf die
Mittellinie 35 des Mediumrohrausganges 36 stoßen. Es
versteht sich, daß eine erste
Zerstäubung
schon bereits am Austrag 34 bzw. dicht dahinter erfolgt
war. Dennoch wird aufgrund der "scharfen", "schneidenden" Luftstrahlen bzw.
Dampfstrahlen eine entsprechende Zerstäubung der den Mediumrohrausgang 36 verlassenden
Medien gewährleistet.
-
5 zeigt einen weiteren Schnitt
durch ein Brenner rohr 11, wobei hier abweichend von der
Darstellung nach 3 die
Feststoffzuleitung 7 mit ihrem Mantelrohr 14 genau
mittig des Brennerrohres 11 verlaufend angeordnet ist.
Dieses Mantelrohr 14 ist über Stützstege 37, 38 mit
den verschiedenen Mediumzuleitungen verbunden. Der Darstellung nach 5 sind neben der Mediumzuleitung 10 für Abfallsäure sowie
der Mediumzuleitung 18 für Säureharz und 19 für Lösungsmittel
weitere Mediumzuleitungen vorgesehen. Dabei handelt es sich um die
Mediumzuleitung 39 für
Altöl,
die Mediumzuleitung 40 für Sauerstoff und die Mediumzuleitung 41 für viskose Öle. Deutlich
wird, daß auch
hier rund um die einzelnen Mediumzuleitungen 10, 18, 19, 39, 40, 41 und auch
die Feststoffzuleitung 7 Umspülungskanäle 20, 21 für Luft verbleiben.
-
Alle
genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden,
werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.