DE19942769A1 - Kohlenstaubbrenner - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kohlenstaubbrenner mit einer tangentialen Zufuhr des pneumatisch geförderten Brennstaubes, insbesondere eines Kohlenstaubes, und in konzentrische Teilströme aufgeteilter Verbrennungsluft angegeben. Dabei weist der Brenner ein die Verbrennungsluft und das Kohlenstaub-Luft-Gemisch führendes Primärluftrohr (4) auf, das von einem die Sekundärluft führenden Sekundärluftrohr (10) und einem die Tertiärluft führenden Tertiärluftrohr (11) umgeben ist. In dem rückwärtigen Bereich ist das Primärluftrohr (4) über eine Vorrichtung mit einer Zuführung für das Kohlenstaub-Luft-Gemisch verbunden, wobei als Vorrichtung zur Aufgabe des geförderten Kohlenstaub-Luft-Gemisches ein Spiralgehäuse (3) angeordnet ist. Das Spiralgehäuse (3) ist als spiralförmig umlaufender, radialer Kanal ausgebildet, der eine mit größer werdendem Umfangswinkel verringerte Tiefe aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner mit einer tangentialen Zufuhr des pneumatisch geförderten Brennstaubes, insbesondere eines Kohlenstaubes.

Von großer Bedeutung für eine stabile und schadstoffarme Verbrennung ist die gleichmäßige und pulsationsfreie Zuführung des Brennstaubes zum Brennermund eines Kohlenstaubbrenners. Für die Zuführung sind in den Staubkanälen der Kohlenstaubbrenner verschiedene Leiteinrichtungen vorgesehen.

Ein Kohlenstaubbrenner mit gestufter Luftaufgabe ist aus der DE-OS 42 17 879 bekannt. Bei dem bekannten Brenner werden die Luftströme über spiralförmige Eintrittsgehäuse zugeführt und durchströmen konzentrische Ringkanäle, in denen den Luftströmen ein Drall aufgezwungen wird. Der Sekundärstrom und der Tertiärluftstrom werden über Abweiskehlen nach außen von dem Brennstoffstrom weggeführt, der durch einen zwischen dem Kernluftrohr und dem Sekundärluftkanal angeordneten, nichtaufgeteilten Ringkanal aufgegeben wird.

Durch eine tangentiale Zufuhr des Brennstaubes wird dem Gas- Staubstrom ein Drehimpuls oder Drall verliehen, infolgedessen sich die von dem Förderluftstrom getragenen Kohlenstaubpartikel an der Wand des Primärluftrohres anreichern. Am Brennermund wird durch Zahnkränze oder Abweiskehlen ein definiertes Abbremsen, ein Aufreißen oder eine Verwirbelung des Brennstaubes erreicht. Trotz der vorgesehenen Maßnahmen ist eine Strähnenbildung im Primärluftrohr nicht zu vermeiden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen Brenner eine Kohlenstaubzuführung zu schaffen, bei der der Brennstoff über den gesamten Querschnitt des Primärluftstromes gleichmäßig verteilt ist, im wesentlichen keine Pulsationen auftreten und somit entscheidende Voraussetzungen für eine feuerungstechnische Reduzierung der Emissionen am Brenner realisiert werden.

Die zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kohlenstaubbrenner durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht bei tangentialer Staubzufuhr mit der gewünschten Anreicherung des Brennstaubes an der Brennerwand eine strähnenfreie Staubzufuhr in den Ringkanal, der zwischen dem Primärluftrohr und dem Kernluftrohr gebildet wird, und damit auch in den Feuerraum bei gleichzeitiger Minimierung der mit vergleichsweise hohem Druck arbeitenden Förderluft zur pneumatischen Förderung des Brennstaubes zum Brenner.

Dabei wird die gleichmäßige Zufuhr des Brennstaubes über den gesamten Querschnitt des Ringkanals durch die tangentiale Staubaufgabe in einen spiralförmig umlaufenden, radialen Kanal erreicht, dessen Tiefe sich mit größer werdendem Umfangswinkel verringert. Durch die Verringerung der Kanaltiefe wird kontinuierlich eine definierte Staubmenge durch die in axialer Richtung strömende Primärluft II ausgetragen und zum Brennermund transportiert.

Die Umlenkung des Brennstaubes in der Aufgabespirale bewirkt eine Staubanreicherung des Luftvolumenstromes an der Spiralwand und damit definierte Aufgabebedingungen.

Durch das räumlich sehr kurze Spiralgehäuse und den gleichmäßigen Staubeintrag können am Brenner lange Mischstrecken zur Vergleichmäßigung des Brennstoff-Luft-Gemisches entfallen.

Weiterhin ist aufgrund des unabhängig vom vorgesehenen Fördergebläse für die Bereitstellung der erforderlichen Primärluft I arbeitenden Zusatzgebläses für die Primärluft II eine separate Temperatur für die Primärluft II einstellbar, welche für zündunwillige Brennstoffe eine unterstützende Wirkung während der Zündung aufweist, ohne die sicherheitstechnischen Aspekte, wie die Begrenzung der Förderlufttemperatur, zu verletzen.

Des weiteren ist durch die unabhängige Gebläseeinbindung eine separate Kühlung des Primärluftrohres über den gesamten Querschnitt mit minimiertem Energiebedarf möglich, da das Förderluftgebläse zur Kühlung des Brenners nicht mitlaufen muß.

Da keine Einbauten in der Form von Klappen oder Dralleinsätzen im Einlaufbereich des Brennstaubes in den Brenner zur Vergleichmäßigung notwendig sind, kann eine sehr verschleißgünstige Gestaltung des Einströmbereiches erreicht werden.

Der zur Zündung notwendige Verbrennungsluftanteil in der Primärluft I für eine definierte Zündung am Brennermund ist durch die Primärluft II bereitzustellen. Die erforderliche Verbrennungsluftmenge ist üblicherweise größer als die für eine pneumatische Förderung notwendige Luftmenge. Durch die vorteilhafte Trennung der Förderung von Primärluft I und Primärluft II kann die pneumatische Förderung kleiner als bisher üblich dimensioniert werden, so daß insgesamt geringere Investitionskosten bei Neuinstallationen von Brenneranlagen aufzuwenden sind.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kohlenstaubbrenner im Schnitt im verkleinerten Maßstab,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Brennstoffeintrag nach der Erfindung und

Fig. 3 eine Implementierung des Brennstoffeintrages nach der Erfindung in einer vorteilhaften Brennerkonzeption.

In Fig. 1 ist ein Kohlenstaubbrenner 1 dargestellt, der im wesentlichen aus dem Kernluftrohr 6, dem Primärluftrohr 4, dem Sekundärluftrohr 10 und dem Tertiärluftrohr 11 besteht. Dabei sind die einzelnen Rohre des Kohlenstaubbrenners axial zueinander angeordnet. Das Sekundärluftrohr 10 und das Tertiärluftrohr 11 weisen Dralleinsätze 12 auf. Das Kernluftrohr 6 ist unter Bildung eines zylindrischen Ringkanals 5 von dem Primärluftrohr 4 umgeben.

Weiterhin ist gemäß Fig. 2 auf dem Primärluftrohr 4 hinter der Luftzuführung für die Sekundärluft die Zuführung für den Kohlenstaub angeordnet. Die vorteilhafte Zuführung für den Kohlenstaub besteht dabei aus einem Spiralgehäuse 3 mit einem tangentialen Einlaufstutzen 2. Darüber hinaus ist dem Spiralgehäuse 3 ein Stellring 8 nach Fig. 1 vorgelagert, der axial verschiebbar in dem Primärluftrohr 4 angeordnet ist.

Im folgenden soll die gefundene technische Lösung auch in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Brennerkonzeption nach Fig. 3 hinsichtlich ihrer Wirkungsweise beschrieben werden.

Das Kohlenstaub-Luft-Gemisch oder die Primärluft I wird über eine Förderleitung 17 und den tangentialen Einlaufstutzen 2 in das Spiralgehäuse 3 eingetragen und über einen axial gerichteten Luftvolumenstrom, die Primärluft II oder Verbrennungsluft in Leitung 16, in den Ringkanal 5 zwischen dem Primärluftrohr 4 und dem Kernluftrohr 6 umgelenkt. Die Sekundärluft in dem Sekundärluftrohr 10 und die Tertiärluft im Tertiärluftrohr 11 werden aus einer Brennerluftleitung 18 mit einer einstellbaren Regelklappe 19 gespeist, wobei die Sekundärluft und die Tertiärluft gegeneinander durch eine einstellbare Regelklappe 20 und eine einstellbare Klappe 21 vertrimmt werden können.

Durch die tangentiale Anströmung über den Einlaufstutzen 2 in das Spiralgehäuse 3 wird der Kohlenstaub über die Zentrifugalkraft an der äußeren Wand des Spiralgehäuses im wesentlichen konzentriert. Die unterstützende und vergleichmäßigende Umlenkung des Kohlenstaubes in axiale Richtung des Ringkanals 5 zum Brennraum hin erfolgt über die gesonderte Luftzuführung mit der Primärluft II. Der Luftvolumenstrom für die Verbrennung oder die Primärluft II wird dabei durch ein separates Gebläse 14 bereitgestellt, das lastabhängig einstellbar ist. Dem Gebläse 14 ist ein Schalldämpfer 15 vorgeschaltet und eine Regelklappe 13 nachgeschaltet.

Durch den dem Spiralgehäuse 3 vorgelagerten Stellring 8 wird eine Beschleunigungsstrecke erzeugt, die ihrerseits einen Unterdruck hervorruft, der eine gleichmäßige Einmischung der kohlenstaubbeladenen Förderluft oder Primärluft I sicherstellt. Die Ausbildung des Spiralgehäuses 3 mit seinem sich ändernden Radius oder seiner Spiraltiefe bewirkt eine über den Umfang gleichmäßige Einbindung der Masseanteile des Brennstaubes in den Ringkanal 5.

Der vorgelagerte Stellring 8 ist axial verschiebbar angeordnet, um eine den technischen Bedingungen entsprechende genaue Einmischung der kohlenstaubbeladenen Förderluft oder Primärluft I während der Inbetriebnahme des Kohlenstaubbrenners zu ermöglichen. Des weiteren kann der Stellring so ausgestaltet werden, daß die örtliche Verteilung des Kohlenstaubes weiter beeinflußbar ist.

Die Primärluft II kann auch aus dem bestehenden Verbrennungsluftsystem ausgebunden und über den Stutzen 7 dem Kohlenstaubbrenner 1 zugeführt werden. Dabei erfolgt die Zuführung der Primärluft II in den Ringkanal 5 wahlweise axial oder tangential über den Stutzen 7.

Vorteilhafterweise kann die Temperatur der Primärluft II durch einen Wärmetauscher 9 angehoben werden, um gute Zündbedingungen vor allem bei Kohlenstäuben mit einem niedrigen Gehalt an Flüchtigen zu gewährleisten.

Claims (6)

1. Kohlenstaubbrenner mit einer tangentialen Zufuhr des pneumatisch geförderten Brennstaubes, insbesondere eines Kohlenstaubes, und in konzentrische Teilströme aufgeteilter Verbrennungsluft, wobei der Brenner ein die Verbrennungsluft und das Kohlenstaub-Luft-Gemisch führendes Primärluftrohr (4) aufweist, das von einem die Sekundärluft führenden Sekundärluftrohr (10) und einem die Tertiärluft führenden Tertiärluftrohr (11) umgeben ist und in dem rückwärtigen Bereich über eine Vorrichtung mit einer Zuführung für das Kohlenstaub-Luft-Gemisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorrichtung zur Aufgabe des geförderten Kohlenstaub-Luft-Gemisches ein Spiralgehäuse (3) angeordnet ist, daß das Spiralgehäuse (3) als spiralförmig umlaufender, radialer Kanal ausgebildet ist und daß der Kanal eine mit größer werdendem Umfangswinkel verringerte Tiefe aufweist.

2. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiralgehäuse (3) räumlich sehr kurz ausgebildet ist.

3. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiralgehäuse (3) im Einströmbereich des Kohlenbrennstaubes in den Ringkanal (5) keine Einbauten aufweist und daß der Einströmbereich verschleißgünstig gestaltet ist.

4. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spiralgehäuse (3) ein Gebläse (14) für die Primärluft II zugeordnet ist und daß über das unabhängig arbeitende Gebläse (14) eine separate Temperatur für die Primärluft II für zu verfeuernde zündunwillige Brennstoffe einstellbar ist.

5. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spiralgehäuse (3) das Gebläse (14) für die Primärluft II zugeordnet ist und daß über das unabhängig arbeitende Gebläse (14) eine separate Kühlung des Primärluftrohres (4) über den gesamten Querschnitt bei minimiertem Energiebedarf hervorruft.

6. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spiralgehäuse (3) das Gebläse (4) für die Primärluft II zugeordnet ist, daß die Primärluft II von der Primärluft I getrennt ist und daß die Primärluft I im wesentlichen für die pneumatische Förderung des Kohlenbrennstaubes ausgelegt ist.