DE2120126B2 - Wirbelbrenner für fließfähige Brennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelbrenner gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Ein derartiger Brenner ist aus der FR-PS 13 47 777 bekannt. Bei diesem, für pulverisierten pflanzlichen Abfall ausgelegten Brenner sind um eine zentrale Zuführung für zusätzlichen Brennstoff herum drei getrennte Verbrennungsluftzuführungen vorgesehen, wobei die tangential zuströmende Primärluft den zu verbrennenden Staub im wesentlichen in axialer Richtung in die Brennkammer hineinführt. Der Sekundärluftstrom wird koaxial zum Primärluftstrom zugeführt. Zur Intensivierung der Verbrennung ist noch eine Anzahl von Tangentialbohrungen zur Zuführung tertiärer Verbrennungsluft vorgesehen. Durch die verschiedenen Luftströme, die in unterschiedlichen Richtungen der Verbrennung zugeführt werden, um durch die Verwirbelung eine vollständigere "'erbrennung des pulverförmigen Brennstoffes zu erreichen, wird eine unkontrollierte Flamme erzeugt, für deren Begrenzung ein zusätzlicher Ofenraum mit einer entsprechenden Auskleidung versehen sein muß. Hierbei wird einerseits ein erhöhter konstruktiver Aufwand erforderlich, während andererseits der Brenner infolge des notwendigerweise erforderlichen Brennraumes nur begrenzt einset/bar ist.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Brenner nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches so auszugestalten, daß eine vollständige Verbrennung auf engem Raum, ohne Begrenzung der flamme durch seitliche· üfenwände erreichbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen .des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, Hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Unteransprüche verwiesen

Es ist zwar auch aus der US-PS 22 19 696 ein Brenner bekannt, bei welchem die Speisung der Verbrennungsluft durch mehrere Luftzuführungen aus einer Luftverteilkammer erfolgt Die Luftaustrittsöffnungen können

ίο hierbei auch radial ausgerichtet sein. Bei diesem Brenner werden die Brennstoffe mit der Luft innerhalb einer Druckkammer gemischt, worauf das Gemisch in die Brennkammer ausströmt Auch hier ist für die Durchführung des Verbrennungsvorganges eine Brennkammer erforderlich. Demgemäß ist auch hier ein konstruktiver Aufwand erforderlich, den es gemäß der Erfindung zu vermeiden gilt

Schließlich ist auch aus der US-PS 33 01 305 ein Brenner bekannt, bei welchem die Verbrennungsluft zur Brennerachse geneigt eintritt. Durch diesen schrägen Lufteintritt soll eine Verwirbelung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft erzielt werden. Für den Verbrennungsvorgang ist auch hier eine besondere Brennkammer mit den als nachteilig bereits herausgestellten Merkmalen erforderlich.

Durch die Ausbildung des Brenners gemäß der Erfindung wird die Flamme durch den Sekundärluftstrom eingehüllt, st daß eine zusätzliche Begrenzung der Flamme in Form einer Ofenwand nicht erforderlich ist. Da ein wesentlicher, die Lebensdauer eines Brenners begrenzender Faktor stets die feuerfeste Auskleidung des Brennraumes ist, wird durch den Wegfall der besonderen Brennkammer gemäß der Erfindung diese Einschränkung ausgeräumt. Schließlich ist der Brenner mit einem geringeren Aufwand herstellbar, während sein Einsatz vielseitiger ist, da er ohne weiteres in eine Kesselwand eingesetzt werden kann, ohne daß für eine übliche, die Ramme begrenzende Brennkammer Sorge getragen werden muß.

■w Es werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedene Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfin-

*"· dungsgemäßen Brenners;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Brenner gemäß Fig. 1, im wesentlichen entlang der Achse geschnitten;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt im wesentlichen längs der Schnittlinie 3-3 der F i g. 2;

w F · g. 4 ist ein Querschnitt entsprechend F i g. 2 durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die eine Mehrzahl von Hilfsluftströmen verwendet;

F i g. 5 ist eine Abänderung der zweiten bevorzugten Ausführungsform, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist.

^r>^r> Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Teile durch gleiche Be/.ugsziffern bezeichnet sind, erläutern die Fig. I bis 3 im einzelnen eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In F i g. 1 ist ein Hochleistungsbrenner chne Verbrennungskam-

W) mer allgemein mit der Ziffer 10 bezeichnet. Mit Hilfe geeigneter Verbindungsstellen oder Träger, die hier nicht dargestellt sind, ist er in einer Brenncrausmaucrung 11 angeordnet. Der Brenner besteht aus einem zylindrischen offenen Brennergehäuse 12 aus Kohlen-

''^Γ| stoffstahl, der innen mit feuerfesten Blocksteincn 13 ausgekleidet ist, die durch geeignete Isolicrklcbmittcl auf der Innenseite des Gehäuses 12 befestigt sind. Bei der üblichen Verwendung vorerhitzter Luft, schützt die

Isolierung 13 gegen eine unbeabsichtigte Berührung des heißen Gehäuses, Das GehÄuse 12 besitzt eine radiale Luftzuführung 14 mit einer Eintrittsöffnung 15, durch die der mit einem Pfeil bezeichnete Luftstrom eintritt Es kann sich um Luft von Zimmertemperatur oder vorgeheizte Luft handeln. Die letztere wird durch übliche nicht dargestellte Mittel, wie einen normalen Luftvorerhitzer oder andere dem Stande der Technik entsprechende Heizeinrichtungen, zugeführt

Das Gehäu"3 12 ist an seinem Boden mit einer Deckplatte 16 ausgestattet Eine Isolierung 17 aus Blocksteinen ist auf der Innenfläche der Deckplatte 16 angeordnet Die Deckplatte 16 erstreckt sich über die Isolierung 17 hinweg nach außen, wodurch ein Flansch 18 entsteht der die Befestigung der Deckplatte 16 am Brennergehäuse 12 mit Hilfe von Schrauben und Muttern erleichtert, die mit der Ziffer 19 bezeichnet sind (vergleiche Fig.2]L· Die Bodenplatte 16 besitzt eine Mittelörfnung 20, die eine darin angeordnete Dichtungsmuffe 21 aufweist Diese dient zum Einsetzen von Luftzuführungseinrichtungen, zusammen mit einem Wirbeigehäuse 22, das eine übliche Konstruktion aufweist und sich innerhalb der Speichert.unmer 23 befindet die den eingeleiteten Luftstrom aufnimmt Der Luftstrom fließt aus der Speicherkammer in zwei Richtungen, und zwar einmal tangential durch die tangential angeordneten Luftzuführungen 24, worauf der Luftstrom durch die Wirbelkammer 22 in seiner Richtung geändert wird und eine axiale Richtungskomponente des Wirbelluftstroms erhält Andererseits strömt die Luft durch Nebenöffnungen, wie dieses weiter unten beschrieben wird. Die Wirbelkammer 22 ist in üblicher Weise angeordnet, wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich. Diese zeigen auch die allgemeine Art der Luftströmung. Die Wirbelkammer 22 besitzt eine obere kreisförmige radiale Halteplatte 25, die an ihrem Umfang verteilt Befestigungsösen 26 aufweist, die sich nach außen erstrecken. Eine ringförmige erste Brennerausmauerung 27 aus feuerfestem, bei hoher Temperatur formbaren Material, sitzt auf der Halleplatte 25 der Wirbelkammer und kann durch einen passenden feuerfesten Zement hierauf befestigt sein. Das Material wird in radialer Richtung durch an der Peripherie angeordnete metallische Laschen 28 begrenzt, die an der Platte 25 angeschweißt sind. Die Oberfläche der primären Brennerausmauerung 27 weist eine Form auf, die eine nach außen sich erweiternde Kegelöffnung 29 besitzt. An der Außenkante ist die Ausmauerung durch abwärts geneigte Schrägflächen 30 begrenz). Eine Deckplatte 31 mit zentraler öffnung ist vorgesehen, die nacn unten sich erstreckende Schraubbolzen 32 besitzt, die ihrerseits in die Befestigungsöffnungen 26 eingreifen, um die Deckplatte 31 in einem Abstand tu befestigen, der gegenüber der Halteplatte 25 einstellbar ist. Auf diese Weise ist die primäre Brennerausmauerung 27 ebenfalls vertikal verstellbar. Auf die mit Schraubengewinde versehenen Teile der Bolzen, die durch die Ösen 26 hindurchgehen, werden übliche Muttern aufgeschraubt. Auf der Deckplatte 31 wird durch einen normalen feuerfesten Zement eine zweite Brennerausmauerung 33 angeordnet, die ebenfalls aus feuerfestem, bei hoher Temperatur formbaren Material besieht. Die Ausmauerung 33 besitzt eine Innenfläche von kegeliger Form und weist eine obere Ringflächc 34 auf, die im wesentlichen die gleiche Neigung hat wie die fläche 29 und m't dieser in einer Ebene liegt. Außerdem besitzt die Ausmauerung eine untere ringförmige Fläche 35. deren Neigung para'el der Fläche 30 ist und sich in parallelem Abstand von dieser befindet, wie aus Fig,2 ersichtlich. Wenn die Teile wie in Fig.2 ersichtlich montiert sind, so bilden die Flächen 35 und 30 einen zusammenhängenden gleichmäßigen Ringspalt 36, Die Weite dieses Spaltes oder der Hilfsluftzuführung 36 kann durch Änderung des vertikalen Abstandes der Halteplatte 25 im Verhältnis zur Deckplatte 31 geregelt werden. Durch Schließen des Luftspaltes kann die Geschwindigkeit des Hilfsluftstroms geregelt werden,

ίο d.h. sie kann durch Schließen des Spaltes größer oder durch Weitermachen des Spaltes geringer gemacht werden.

Bei der eben besprochenen Arbeitsweise tritt eine bestimmte Menge der vorerhitzten Luft durch die Führungen 24 der Wirbelkammer 22 ein, beispielsweise eine Menge von 25 bis 50%. Diese stellt den primären Luftstrom dar und schafft einen starken Wirbelstrom, der die heißen Gase dazu zwingt, zur Brennstoffzerstäubung zurückzuströmen. Die Brennstoffzuführung ist schematisch in gestrichelten Linien beim Bezugszeichen 37 angegeben. Auf diese Weise w^;-'d die Zuführung erhitzt und die Verbrennung untersiiifzt. Die übrigen 50 bis 75% der eintretenden Luft flieben durch den kontinuierlichen, gleichförmigen ringartigen Luftspalt 36, der durch die feuerfesten Oberflächen 30 und 35 gebildet wird. Diese Hilfs- oder Sekundärluft formt die Flamme im Inneren und hält den verunreinigten Brennstoff von dem umgebenden feuerfesten Material fern. Dabei erzeugt sie eine Zone hoher Turbulenz unter Durchmischung des Brennstoffs und der Luft, um eine vollständige Verbrennung innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Abstandes von der Brennstoffzuführung zu erreichen. Auf diese Weise erreicht der Wirbelluftstrom einen hohen Rückstromgrad zum Punkt der Brennstoffeinleitung zusammen mit einem oder mehreren koaxial angeordneten ringförmigen Luftströmen, die eine innige Mischung des Brennstoffs und der Luft bewirken, und gleichzeitig die Flammenform regeln und sie innerhalb entsprechender Begrenzung halten. Auf diese Weise

•io regelt der durch den Ringspalt 36 fließende Luftstrom die Grenzen der Flammenexpansion und schafft das gewünschte Bild einer eingehüllten heißen Gasflamme. Der Zustrom des Brennstoffs kann durch übliche Mittel 37 erfolgen, wie beispielsweise eine in der Mitte

r> angeordnete Gasduse oder eine übliche Öiüuführung. Der Brenner ist gleichzeitig mit der üblichen nicht dargestellten Zuführungsleitung und einem Löschrohr 37' ausgestattet. Durch die Mittelöffnung 20 der Bodenplatte 16 ragt ein am Boden mit einem Flansch

^r>(i versehenes Führungsrohr 38 hindurch, das in der Muffe 21 sitzt.

Falls gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform vorerhitzte Luft verwendet wild, soll diese eine Temperatur im Bereich von 260° bis

v> 400"C aufweisen. Da die Luft die Hauptantriebskraft der Brennerkonstmktion darstellt, muß ih^re Strömung im wesentlichen gleichmäßig gehalten werden. Dieses bedeutet in der Hauptsache, daß jedes Hindernis, wie eine Koksbildung, Stücke der feuerfesten Auskleidung

w) oder ein zu geringr Druck, eine Ungleichmäßigkeit der Flamme hervorrufen können und dadurch eine weitere Überhitzung oder cmc zusätzliche Bildung von Niederschlägen auf einer oder der anderen Seif.· des Brenners verursachen, so daß möglicherweise zuletzt der gesamte '"> Brenner versagt. Infolgedessen muß der Brenner so konstruiert und angeordnet sein, daß der Luftstrom durch nichts aufgehalten wird. Eis ist sehr erwünscht, den Ringrxhlitz 36 gleichmäßig zu halten, da jede Unsymme-

trie bewirkt, daß die Flamme sich nacli der begünstigten Seite hin neigt.

F i g. 4 unterscheidet sich von der bisher beschriebenen Brennerkonstruktion nach den Fig. 1 bis 3 durch die Anordnung des Hilfsluftstroms. Wie ersichtlich, wird ein Teil des eintretenden Luftstroms durch die Wirbelleitungen 24 geführt, die rings um das Wirbelkammergehäuse 22 herum angeordnet sind, während sekundäre und tertiäre Anteile des Luftstroms durch die gleichförmigen Ringluftspalte 39 und 40 geleitet werden. Das Wirbelkammergehäuse 22 besitzt einen sich radial erstreckenden ringförmigen Flansch oder Ständer 41, der ein ringförmiges feuerfestes Material 42 trägt, welches eine äußere nach unten abgeschrägte Kante 43 besitzt. Der Flansch 41 des Wirbelkammergehäuses trägt ferner eine ringförmige Platte 44. deren Höhe verstellbar ist. Auf dieser befindet sich ein zweites ringförmiges feuerfestes

! 45.

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gg

46 eine Fläche bildet, die in einem gewissen Abstand parallel zur Fläche 43 des feuerfesten Materials 42 verläuft. Auf diese Weise wird der erste ringförmige Schlitz 39 gebildet, der einen Hilfsiuftstrom unter einem Winkel gegenüber der horizontalen Ebene nach oben lenkt. Die Breite des Spaltes 39 ist verstellbar mit Hilfe von Einstellvorrichtungen 55, die aus Muttern und Schraubenbolzen bestehen. Diese letzteren erstrecken sich von der Platte 44 abwärts durch radial hervorragende Laschen, die mit Hilfe des Flansches 41 gebildet sind. Die erste Stützplatte 44 ist mit radial nach außen sich erstreckenden Flanschen oder ösen 47 ausgestattet, um Einstellvorrichtungen 48 aufzunehmen, die aus Muttern und Schraubenbolzen bestehen, wobei die letzteren sich von der Deckplatte 49 abwärts erstrecken. Das feuerfeste Material 45 besitzt weiterhin eine nach außen abgeschrägte Fläche 50 und eine horizontal liegende Oberfläche 51. Die horizontal angeordnete Oberfläche 51 bildet zusammen mit der Deckplatte 49 einen zweiten Ringspalt 40. um einen dritten Anteil des eingeleiteten Luftstroms in einer Richtung, im wesentlichen senkrecht zur Flamme, zu führen.

Diese Anordnung kann als ßfach-lnjektionssystem bezeichnet werden, sie dient dazu, die Flammenumhüllung vollständig zu regeln und die für die vollständige Verbrennung notwendige Luft innerhalb eines Abstandes von etwa I m von der Brennstoffzuführung bereitzustellen.

Naturgemäß ist ersichtlich, daß unter bestimmten Bedingungen der horizontale Luftspalt allein genügen kann. Ein ringförmiges feuerfestes Material 56 mit einer Mittelöffnung sitzt auf der Oberseite der Deckplatte 49. um den gesamten Brenner auf gleiche Höhe mit der Ofenwand 11 zu bringen.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 ist eine Abänderung der in F i g. 4 gezeigten. Der einzige Unterschied zwischen diesen Konstruktionen besteht in der Anordnung eines zweiten Ringspaltes, wie in F i g. 5 gezeichnet. Dieser zweite Spalt 52 ist so konstruiert und angeordnet, daß er den zweiten Hilfsiuftstrom abwärts lenkt. Um dieses zu erreichen, ist die Oberfläche 53 des feuerfesten Materials 45 gegenüber der Horizontalen nach unten abgeschrägt, ebenso wie die entsprechenden Tpijp 54 OP.d 54' d^pr Hprlinlattp 49 und rlas feuerfeste Material ΐ6 ist unmittelbar darüber vorgesehen, um die gewünschte Anordnung des Luftspalts 52 zu ei zielen. Dieser Sekundärluftstrom schneidet sich mit dem ersten Hilfsiuftstrom. der durch den ringförmigen Luftspalt 39 geleitet wird, um den Brennstoff und die Luft unter bestmöglicher Kombination der Triebkraft und der Stöchiometrie zu mischen.

Mit der Brennerkonstruktion wird also die Notwendigkeit einer Verbrennungskammer vermieden, wobei gleichzeitig eine wesentlich verbesserte Flammengestaltung erzielt wird. Durch horizontale Luftschlitze läßt sich eine ausgezeichnete Regelung der Flammenausdehnung und eine sehr erwünschte Mischung ermöglichen. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie das effektive Verbrennungsvolumen vermindert. Durch Änderung des Luftdrucks und der Schlitzöffnung kann man ähnliche Resultate erreichen mit Anordnungen, die einen einzelnen Luftschlitz oder eine Mehrzahl von Luftschlitzen aufweisen, welche zwischen einem horizontalen Luftschlitz und einem im wesentlichen unter 45" zur Horizontalen geneigten Luftschlitz liegen. Um wesentlich längere Flammen zu erhalten, kann der Luftschlitz auch zwischen einer im wesentlichen unter 45^; zur Horizontalen geneigten Richtung und einer vertikalen Führung angeordnet sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wirbelbrenner für fließfähige Brennstoffe, der in eine öffnung der Wandung einer Feuerungsanlage einsätzbar ist und innerhalb eines Brennergehäuses eine zentrale Brennstoffzuführung, eine diese umgebende Wirbelkammer für tangential zuströmende Primärluft, eine an letztere anschließende und konisch nach außen erweiterte feuerfeste Ausmauerung sowie eine Sekundärluftzuführung im konischen Bereich der Ausmauerung aufweist, durch die die Sekundärluft zur Achse des Primärluftstromes geneigt austritt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftverteilkammer (23) vorgesehen ist, aus welcher mehrere tangentiale Zuführungen (24) für die Primärluft in die Wirbelkammer (22) führen und von welcher als Sekundärluftzuführung mindestens ein zur Achse des Primärluftstromes geneigter ringförmiger Luftspalt (36, 39, 40, 52) ausgeht

2. Bremser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da" mehrere im wesentlichen gleichförmige Luftspalte (39,40,52) vorgesehen sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Luftspalten (39, 40) der stromabliegende Luftspalt (40) im wesentlichen senkrecht zur Achse des Primärluftstromes verläuft.

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Luftspalten (39, 52) der stromabiiegende Luftspalt (52) zurück zur Brennstoffzuführung (37) hin geneigt ist.

5. Brenn- nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Luftspalte (36,39,40,52) einstellbar ist