DE19514615C2

DE19514615C2 - Brenner, insbesondere Strahlbrenner, zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und einem brennbaren Fluid

Info

Publication number: DE19514615C2
Application number: DE19514615A
Authority: DE
Inventors: Werner Kessel; Hellmuth Brueggemann; Friedemann Kendel
Original assignee: Alstom Power Boiler GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2015-04-26
Also published as: KR960038236A; ATA41296A; KR100240135B1; AT403618B; JPH08296822A; DE19514615A1; JP2787670B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere Strahlbrenner, zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und einem brennbaren Fluid.

Derartige Brenner werden insbesondere bei Dampferzeugern eingesetzt, deren Brennkammern mit staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und mit einem brennbaren Fluid, z. B. Öl oder Gas, befeuert werden und deren Brenner in mehreren Ebenen und derart an geordnet sind, daß sie als Tangentialfeuerung verwendet werden. Ein derartiger Brenner ist durch die Literaturstelle "Kraftwerkstechnik, Absatz 4.3.2.2.4 Brenner, Seiten 130-134", Verfas ser Karl Strauß, Springer-Verlag, Ausgabe 1994 bekannt geworden.

Bei einem derartigen Brenner, bei dem bei Vorhandensein einer Kohlenstaubdüse bevorzugt nur die Unterluftdüse mit mindestens einer Brennerlanze und bei Vorhandensein zweier oder mehre rer Kohlenstaubdüsen bevorzugt die Unterluft- und die Oberluftdüse mit jeweils mindestens einer Brennerlanze ausgestattet ist, weist die Unterluft- und ggf. auch die Oberluftdüse ein festsitzen des Kernluftrohr mit am Austrittsende angeordneter Stauscheibe und eine zentrisch angeordnete Ölbrennerlanze mit darauf aufgesetzter Dralleinrichtung auf, mittels denen Brennstoff und Kern luft für den Ölbetrieb des Brenners bereitgestellt wird. Das Kernluftrohr wird konzentrisch von einer Sekundärluftdüse umgeben, die Sekundärluft für den Kohlebetrieb des Brenners bereitstellt. Die Unterluft- und ggf. Oberluftdüse kann neben der Ölbrennerlanze auch mit Gasbrennerlanzen für Gasbetrieb des Brenners ausgerüstet sein.

Bei der Unterluft- und ggf. Oberluftdüse des bekannten Brenners hat sich als nachteilig gezeigt, daß bei Kohlebetrieb der als Ringstrahl austretende Sekundärluftstrahl, bedingt durch das fest stehende Kernluftrohr, nicht tief genug in den Feuerraum eindringt und infolgedessen kein opti maler Mischeffekt von Kohle und Sekundärluft zur Erzielung einer größtmöglichen NOx armen Verbrennung erreicht wird.

Des weiteren ist die Konstruktion der Unterluft- und ggf. Oberluftdüse des bekannten Brenners mit Öl- und ggf. Gasbrennergeschränk aufwendig und von großem Ausmaß.

Es sind ferner durch Schriftstück DE-Z "gas wärme international", Bd. 16, Nr. 7, Juli 1967, S. 358-369 und Bild 6, Wirbelbrenner bekannt geworden, die als kombinierte Öl/Erdgas- Mehrlanzenbrenner mit Kernluftrohr und Drallkörper für Hochdruckbetrieb ausgebildet sind. Die innerhalb des Kernluftrohres befindliche Öllanze kann bei Gasbetrieb zurückgezogen werden, um thermische Beschädigungen bzw. Verkokungen an der Öllanze zu vermeiden. Die Sekundärluft tritt auch bei zurückgezogener Öllanze weiterhin durch einen Ringspalt in den Feuerraum aus und kann somit nicht tief genug in den Feuerraum eindringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner so zu gestalten, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprü che.

Die erfindungsgemäße Lösung weist die nachfolgenden Vorteile auf:

1. Große Eindringtiefe und dadurch bessere Vermischung des Sekundärluftstrahles mit dem Kohlenstaubstrahl bei Kohlefeuer durch freien, weil durch keine Einbauten behinderten, Aus trittsquerschnitt der Sekundärluftdüse der Brenner Unterluft - und ggf. Brenner-Oberluftdüse.
2. durch kompakte Bauweise ergibt sich eine einfachere und kostengünstigere Konstruktion der Unterluft- und ggf. der Oberluftdüse des Brenners sowie
3. kleinere Abmessungen der Unterluft und ggf. der Oberluftdüse des Brenners.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigt

Fig. 1 Einen vertikalen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Brenner nach ei nem Stand der Technik bei Kohlefeuerbetrieb,

Fig. 2 Ansicht A gemäß Fig. 1,

Fig. 3 wie Fig. 1, jedoch bei Ölfeuerbetrieb,

Fig. 4 Ansicht A gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vertikalen Längsschnittes durch einen erfindungs gemäßen Brenner bei Kohlefeuerbetrieb,

Fig. 6 Ansicht A gemäß Fig. 5,

Fig. 7 wie Fig. 5, jedoch bei Ölfeuerbetrieb,

Fig. 8 Ansicht A gemäß Fig. 7,

Fig. 9 wie Fig. 5, jedoch alternative Ausführung,

Fig. 10 Ansicht A gemäß Fig. 9,

Fig. 11 wie Fig. 5, jedoch alternative Ausführung,

Fig. 12 Ansicht A gemäß Fig. 11

Fig. 13 detaillierter Längsschnitt einer Unterluft- und ggf. Oberluftdüse eines erfindungsgemä ßen Brenners.

Fig. 1 bis 4 zeigt einen Brenner 1, der mit vertikal angeordneten Parallelstrom-Strahldüsen aus gebildet ist, zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere staubförmiger Kohle, und von einem brennbaren Fluid, insbesondere Öl, wie er bei Feuerungen, insbesondere Tan gentialfeuerungen, in Dampferzeugern nach einem Stand der Technik eingesetzt wird. Bei Be trieb mit Kohlefeuer (Fig. 1) wird Kohlenstaub, z. B. Steinkohle- oder Trockenbraunkohlenstaub und Trag- bzw. Primärluft durch die Kohlenstaubdüse 3 in die Brennkammer 2, die von der Brennkammerwand 14 begrenzt wird, eingetragen. Die Verbrennung des Kohlenstaubs wird mit Hilfe der Umluft, die durch die die Kohlenstaubdüse 3 umhüllende Umluftdüse 4 und der Sekun därluft, die als Ringstrahl durch den freien Querschnitt zwischen Kernluftrohr und der Sekundär luftdüse 12 der Oberluftdüse 5 und der Unterluftdüse 7 sowie als freier Strahl durch die Zwischen luftdüse 6 eingetragen wird, erreicht.

Bei Betrieb mit Ölfeuer (Fig. 3), das beim Anfahren des Dampferzeugers sowie bei Nichtverfüg barkeit einer nicht dargestellten Kohlemühle zum Einsatz kommt, wird Öl und Kernluft durch die Brennerlanze 8 und das feststehende Kernluftrohr 9 sowie Sekundärluft als Ringstrahl durch den freien Querschnitt zwischen Kernluftrohr 9 und der Sekundärluftdüse 12 in die Brennkammer 2 aufgegeben und verbrannt. Der Durchtrittsquerschnitt des Sekundärluftstrahles wird dabei zu sätzlich durch die Stauscheibe 20, die am Austritt des Kernluftrohres 9 angeordnet ist, und deren Außendurchmesser den des Kernluftrohres 9 überragt, verringert.

Fig. 1 und 3 zeigen schematisch die Austrittsstrahlen der jeweiligen Düsen in die Brennkammer 2. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Sekundärluft-Ringstrahl aus der Sekundärluftdüse 12, bedingt durch das feststehende Kernluftrohr 9, ein ungünstiges Verhalten mit schlechter Eindringtiefe in den Feuerraum zeigt und somit eine optimale NO_x-arme Verbrennung nicht erzielt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner 1 gemäß Fig. 5 bis 13, dessen Verwendung der des Bren ners 1 gemäß Fig. 1 bis 4 entspricht, ist die Unterluftdüse 7 und ggf. Oberluftdüse 5 mit Ölbren nerlanze 8 so ausgebildet, daß die von einem Hüllrohr 10 unmittelbar umgebene Ölbrennerlanze 8 konzentrisch von der Sekundärluftdüse 12 umhüllt ist, deren Austritt 15 zylindrisch, der sich daran anschließende, stromaufwärts gelegene Abschnitt 16 sich konisch erweitert und der sich daran anschließende, stromaufwärts gelegene Abschnitt 17 zylindrisch verläuft, d. h. die Sekun därluftdüse 12 düsenartig ausgebildet ist. Die Ölbrennerlanze 8 wird zusammen mit dem Hüllrohr 10 und der darauf aufgesetzten Dralleinrichtung 11 in eine Position axial verschoben bzw. zu rückgezogen, bei der das austrittsseitige Ende der Brennerlanze 8 im wesentlichen mit dem En de des erweiterten, konischen Düsenabschnittes 16 übereinstimmt und die Dralleinrichtung 11 im erweiterten, zylindrischen Düsenabschnitt 17 zu liegen kommt. Durch die zurückgezogene Öl brennerlanze 8, Hüllrohr 10 und Dralleinrichtung 11 wird durch den freien Austrittsquerschnitt der Sekundärluftdüse 12 ein ungestört austretender Sekundärluftstrahl erzielt. Ferner ist der Druck verlust der Sekundärluft reduziert, da die Strömungsgeschwindigkeit im erweiterten Düsenab schnitt 17 geringer ist als im Düsenabschnitt 15. Die Sekundärluftdüse 12 ist konstruktiv so aus gebildet, daß die Länge des zylindrischen Düsenaustrittes 15 das 0,5- bis 1,5fache und die Län ge des Düsenabschnittes 16 das 1,0- bis 3,0fache sowie der Durchmesser D des zylindrischen Düsenabschnittes 17 das 1,2- bis 3,0fache des Düsenaustrittsdurchmessers d aufweist (Fig. 13).

Die Sekundärluftdüse 12 ist umhüllt von der Sekundärluftdüse 13 für Ölbetrieb, die rechteckigen Querschnitt aufweist. Sie kann jedoch auch runden Querschnitt aufweisen und konzentrisch zur Sekundärluftdüse 12 ausgebildet sein.

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird es ermöglicht, für Betrieb mit Ölfeuer (Fig. 7 und 8) das austrittseitige Ende der Ölbrennerlanze 8 einschließlich des Hüllrohres 10 und der darauf aufgesetzten Dralleinrichtung 11 in Strömungsrichtung gesehen an das Ende bzw. den Austritt der Sekundärluftdüse 12 zu stellen und durch die Sekundärluftdüse 12 Kern- sowie durch die Sekundärluftdüse 13 Sekundärluft für die Verbrennung aufzugeben. Für Betrieb mit Kohlefeuer (Fig. 5 und 6) wird die Ölbrennerlanze 8 einschließlich Hüllrohr 10 und Dralleinrichtung 11 in axialer Richtung z. B. durch einen nicht dargestellten Stellantrieb 18 auf eine Position, wie oben beschrieben, zurückgefahren, so daß die Sekundärluftdüse 12 einen vollen, tief in den Feuer raum eindringenden Sekundärluftstrahl freigibt. Ein gutes Vermischen von Luft und Brennstoff und die Optimierung der NO_x-armen Verbrennung bei gleichzeitig verbessertem Ausbrand sind die Folge. In Fig. 5 bis 8 wird beispielhaft ein Brenner 1 mit einer Kohlestaubdüse 3 und einer Unterluftdüse 7 mit Ölbrennerlanze 8 sowie einer Oberluftdüse 5 ohne Ölbrennerlanze 8 gezeigt.

Um den Luftüberschuß für eine NO_x-arme Fahrweise im Brennerbereich absenken zu können und dennoch einen guten Ausbrand zu erreichen, ist oberhalb des Brenners eine nicht dargestellte Ausbrandluftdüse in einem genügend großen Verweilzeitabstand angeordnet.

Der Brenner 1 kann anstelle einer Kohlenstaubdüse 3 auch mehrere aufweisen. In diesem Fall sind zwischen den Kohlenstaubdüsen 3 jeweils eine Sekundärluft einbringende Zwischenluftdüse 6 angeordnet. Fig. 9 und 10 zeigen beispielhaft einen Brenner 1 mit zwei Kohlenstaubdüsen 3, einer Zwischenluftdüse 6 sowie mit einer Oberluftdüse 5 und einer Unterluftdüse 7, die jeweils so ausgebildet sind wie die vorbeschriebene Unterluftdüse 7 des erfindungsgemäßen Brenners 1.

Die Oberluftdüse 5 und die Unterluftdüse 7 können neben der Ölbrennerlanze 8 auch mit jeweils mindestens einer Gasbrennerlanze 19 ausgebildet sein, wobei die Gasbrennerlanze 19 innerhalb der Sekundärluftdüse 12 liegt und seitlich an der Dralleinrichtung 11 vorbeigeführt ist (Fig. 11 und 12).

Die Kohlenstaubdüse 3 und die diese umhüllende Umluftdüse 4 sowie die Zwischenluftdüse 6 werden bevorzugt mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Ebenso die Oberluftdüse 5, falls diese ohne Ölbrennerlanze 8 ausgerüstet ist. Die Dralleinrichtung 11 kann z. B. als Impeller oder Stauscheibe ausgebildet sein.

Legende

1

Brenner

2

Brennkammer

3

Kohlenstaubdüse

4

Umluftdüse

5

Oberluft- bzw. Sekundärluftdüse ggf. mit Öl- und ggf. Gasbrennerlanzen

6

Zwischenluft- bzw. Sekundärluftdüse

7

Unterluft- bzw. Sekundärluftdüse mit Öl- und ggf. Gasbrennerlanzen

8

Ölbrennerlanze

9

Ölbrennerkernluftrohr bzw. -düse

10

Hüllrohr

11

Dralleinrichtung

12

Sekundärluftdüse für Kohlefeuer

13

Sekundärluftdüse für Ölfeuer

14

Brennkammerwand

15

Düsenaustritt

16

Düsenabschnitt

17

Düsenabschnitt

18

Stellantrieb

19

Gasbrennerlanze

20

Stauscheibe

Claims

1. Brenner, insbesondere Strahlbrenner, zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, ins besondere staubförmiger Kohle, und einem brennbaren Fluid, umfassend

- mindestens eine, zentral angeordnete, Kohlenstaubdüse (3) mit einer diese umhüllende Umluftdüse (4),
- Zwischenluftdüsen (6) bei Verwendung mehrerer Kohlenstaubdüsen (3), wobei jeweils eine Zwischenluftdüse (6) zwischen zwei Kohlenstaubdüsen (3) angeordnet ist,
- einer Oberluftdüse (5) und einer Unterluftdüse (7), wobei die Unterluftdüse (7) und ggf. die Oberluftdüse (5) mit einer Ölbrennerlanze (8), einem Hüllrohr (10) und einer darauf aufgesetzten Dralleinrichtung (11), einer mit rundem Querschnitt ausgebildeten Sekun därluftdüse (12), die die Ölbrennerlanze (8) konzentrisch umgibt und die sich stromauf wärts düsenartig auf einen größeren Querschnitt erweitert, und eine die Sekundärluftdü se (12) umhüllende Sekundärluftdüse (13) ausgebildet ist, wobei die Ölbrennerlanze (8) einschließlich Hüllrohr (10) und Dralleinrichtung (11) innerhalb der Sekundärluftdüse (12) axial verschiebbar ausgebildet ist und in eine, den Querschnitt des Düsenaustrittes (15) und des Düsenabschnittes (16) der Sekundärluftdüse (12) freigebende, rückgezogene Position für Kohlebetrieb und in eine vorgeschobene Position für Ölbetrieb gebracht wird.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zurückgezogener Ölbrenner lanze (8) (Kohlebetrieb) deren austrittseitiges Ende im wesentlichen am Übergang zwischen den Düsenabschnitten (16) und (17) liegt und bei vorgeschobener Ölbrennerlanze (8) (Öl betrieb) deren austrittseitiges Ende im wesentlichen mit der Austrittsöffnung der Sekundär luftdüse (12) abschließt.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüse (12) so ausgebildet ist, daß die Länge des zylindrischen Düsenabschnittes (15) dem 0,5- bis 1,5fachen, die Länge des Düsenabschnittes (16) dem 1,0- bis 3,0fachen und der Durch messer D des zylindrischen Düsenabschnittes (17) dem 1,2- bis 3,0fachen des Düsen austrittdurchmessers d entspricht.

4. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölbrennerlanze (8) mittels Stellantrieb (18) axial verschoben bzw. verfahren wird.

5. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölbrennerlanze (8) innerhalb des Hüllrohres (10) demontierbar ist.

6. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in nerhalb der Sekundärluftdüse (12) mindestens eine Gasbrennerlanze (19) angeordnet ist.

7. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtung (11) ein Impeller ist.

8. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtung (11) eine Stauscheibe ist.

9. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüse (13) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

10. Brenner nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüse (13) einen runden Querschnitt aufweist und konzentrisch zur Sekundär luftdüse (12) ausgebildet ist.