DE2433387A1 - Brenneinrichtung an brennraeumen von kesseln oder dergleichen - Google Patents

Description

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1 shikawaj iina-Harima Jukogyo -Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

Brenneinrichtung an Brenriräumen von Kesseln oder dergleichen

Rauchgase und Abgase, die luftverschmutzende Stoffe wie .Stickoxyde (NO ) und ,Schwefeloxyde (30·) enthalten, stellen in zunehmendem Maße ein Umweltproblem dar. Um dieses . Problem in den Griff zu bekommen, werden bereits Wärmekraftwerke auf Brennstoffe mit niedrigem Schwefelgehalt, z.B. Schweröle oder flüssiges Erdgas, unigestellt. Weiterhin sind schon zahlreiche Verbesserungen an den Brenneinrichtungen selbst im Zusammenhang mit diesem Problem vorgeschlagen worden. Hierbei handelt es sich insbesondere um Verbesserungen der Brenneröffnungen, um das Entstehen von Verunreinigungen wie NO in den Verbrennungsprodukten zu verringern. Es ist bekannt, daß in Wärmekraftwerken eine von der stoichiometrischen Verbrennung abweichende Verbrennung ausgeführt wird, indem über den Brennern sogenannte "Überfeuerungs-Luftöffnungen" vorgesehen wer-

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den, um Luft über den Flammen einzudrücken und hierdurch die Erzeugung von NO beträchtlich zu verringern. Hierdurch wird eine Luftverschmutzung verhindert. Bei den bekannten "Vordruck-Verbrennungssystemen" dieser Art, bei denen Überfeuerungs-Lui'töffnungen angewendet werden, haben diese kreisförmigen Querschnitt (vgl. c in Fig. l) und sind über jeder Säule von Brenneröffnungen angeordnet. Somit steigen aus den unteren Brenneröffnungen entstehende Flammen auf und es ergibt sich eine nicht gleichmäßige Vermischung der Verbrennungsgase mit der aus der Überfeuerungs-Luftöffnung c ausgeblasenen Luft. Als Folge davon werden in verstärktem Maße Rauchgase, Ruß und Staub erzeugt und außerdem steigt die Kohlenmonoxydkonzehtration an, so daß eine Zunahme an sekundärer Luftverschmutzung zu verzeichnen ist.

Wenn die Überfeuerungs-Luftöffnungen in einem Kessel vorgesehen werden, müssen die Kesselrohre b (vgl. Fig. 1) nicht nur um die Brenneröffnungen a herum, sondern auch um die iiberf euerungs-Luf töf fnungen c geführt werden. Daraus resultiert eine komplizierte und daher teuere Herstellung. Hinzu kommt, daß die gebogenen Kesselrohre b einen erhöhten inneren Druckverlust zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorstehend geschilderten Nachteile an bekannten Brenneinrichtungen zu vermeiden, was erfindungsgemäß bei Brenneinrichtungen an Brennräumen von Kesseln od.dgl., bei denen eine Anzahl von Brenneröffnungen vorgesehen sind, dadurch erreicht wird, daß unmittelbar über den Brenneröffnungen

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in den Rippen oder Verbindungsplatten der Kesselrohre schlitzförmige Luftöffnungen vorgesehen sind, die mit Luftführungen in Verbindung stehen.

Bei der erfindungsgemiißen ßrenneinrichtung stehen somit die Brenneröffnungen über Luftführungen mit schlitzförmigen Luftöffnungen, die in den Rippen oder Verbindungsplatten der Kesselrohre unmittelbar über den Brenneröffnungen vorgesehen sind, so in Verbindung, daß Frischluft oder ein Luft/Abgas-tiemisch wahlweise in den Brennraum geblasen werden kann. Dadurch lassen sich die NO —, SO - und CO-Gehalte in den Abgasen beträchtlich verringern.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Soweit im folgenden auf Einzelheiten der Zeichnungen nicht ausdrücklich Bezug genommen wird, darf auf die Zeichnungen selbst verwiesen werden.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine herkömmliche Brenneranlage;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Mehrfachbrenners mit der erfindungsgemäßen Verbesserung;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie TTI-III in Fig. 2;

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Fig. h eine teilweise geschnittene Ansicht, aus der die gegenseitige Anordnung schlitzförmiger Luftöffnungen in den Verbindungsrippen der Kesselrohre und der Gegenstrom-Luftfiihrung hervorgeht, und

Fig. 5 eine schematische Schnittansieht, die die Strömungsrichtung der Luft und der Brenngase in einer erfindungsgemäßen Feuerungsanlage zeigt.

Eine Vielzahl von Rippenrohren 5 sind so zusammengeschweißt, daß sie eine Ofen- oder Resselwandung 6 bilden. Durch jede Rippe 7 der Kesselrohre ist unmittelbar über dem Brenner eine rechteckige oder elliptische Öffnung geschaffen, so daß dadurch eine schlitzförmige Luft-Öffnung 8 zum Einblasen der Gegenluft gebildet wird. Auch bei einer solchen Konstruktion der Ofen- oder Kcsselwand, bei der zwischen den nebeneinander liegenden glatten Kesselrohren schmale Plattenstreifen eingesetzt und mit den Rohren verschweißt sind, kann durch die Plattenstreifen eine schlitzförmige Luftöffnung gearbeitet sein. Die Breite der schlitzförmigen Luftöffnung hängt von der Breite der Rippe oder des Plattenstreifens ab, während ihre Höhe nach Zweckmäßigkeit gewählt werden kann. Demzufolge wird die Höhe der Luftschlitze so bestimmt, daß sie unmittelbar über dem Brennerzeritrum am größten ist und mit zunehmender Entfernung von der Mittellinie des Brenners allmählich abnimmt. Hierdurch kann die Luftverteilung auf die Brenngase ab-

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gestimmt werden. Ein an der Außenseite der Brennraumwandung befestigtes Zweitluftgehäuse 9 steht mit den schlitzförmigen Luftöffnungen 8 sowie mit einer Zweitluftführung IO in Verbindung. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, strömt die in die Zweitluftführung 10 durch ein üruckgebläse 22 geförderte Luft in das Zweitluftgehäuse 9 und wird aus diesem durch die schlitzförmigen Luftöffnungen S in den Brennraum geblasen. An der Verbindung zwischen dem Zweitluftgehäuse 9 und der Zweitluftführung 10 ist eine Zweitluftdrossel 9a angeordnet, so daß hierdurch der Luftdurchsatz gesteuert werden kann. Das Zweitluftgehäuse 9 steht mit einer Brenneröffnung über einen Verbindungskanal 11 in Verbindung, in dein eine Drossel lia angeordnet ist, so daß auch hier der Ströinungsdurchsatz der der Brenneröffnung 1 zufließenden Luft gesteuert werden kann. Die ßrenneröffnungen 1 sind jeweils mit einer Brennluftführung 12 verbunden, in der eine getrennte Drossel 13 für die Brennluft angeordnet und dadurch die Brennluftmenge steuerbar ist. Das Brennerzentrüm ist in den Figuren 2 und 3 durch X gekennzeichnet.

Im Fall normaler Verbrennung in der Bremseinrichtung gemäß den Fig. 2 bis Ί werden die getrennten unabhängigen Brennluftdrosseln 13 geöffnet, dagegen die Einlaßdiqsseln 9<i für die Zweitluft nur sehr wenig geöffnet; die Brennluft/Zweitluft-Drosseln 11a stehen weit offen. Dadurch wird den Zweitluftgehäusen 9 ein sehr kleiner Anteil der durch die Brennluftführungen 12 strömenden Brennluft zugeführt, so daß die Zweitluftgehäuse 9 und

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die diese umgebenden Bauteile gekühlt werden können. Der Hauptanteil der Brennluft wird durch die Brenneröffnungen 1 zur unterhaltung der Verbrennung in den nicht gezeigten Brennraum geblasen. Die Steuerung der jeder Brenneröffnung 1 zugeführten Luftdurohsatzhienge erfolgt über die getrennten unabhängigen Brennluftdrosseln . 13.

Um Luftverschmutzungen durch NO und SO in den Abgasen,

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die in die Atmosphäre freigegeben werden, zu vermeiden, werden die getrennten Brennluftdrosseln 13 weit geöffnet, während die Zweitluft-Einlalldrosseln 9a nur sehr wenig offen stehen und wiederum die Brennluft/Zweit luftdrosseln 11a weit geöffnet sind. Darauf wird die in den Brennraum durch die Luftführungen 11 und die schlitzförmigen Luftöffnungen 8 eingeblasene Luft vo LumenniaUig gesteigert, während die durch die ßrenneröffnungen 1 in den Brennraum geblasene Luft volumeiimaßig verringert wird. Folglich stellt sich eine überstoichiometrische Verbrennung, d.h. eine sogenannte Zweitluftverbrennung oder "Gegendruckverbrennung" ein, durch die die Gehalte an NO und SO . in den Abgasen, die in die Atmosphäre freigegeben werden, beträchtlich verringert werden.

In dem in Fig. 5 gezeigten Kessel werden die Abgase oder Abgasprodukte im Kreislauf geführt, um den Gehalt an luftverschmutzenden Stoffen zu verringern. Zu diesem Zweck ist ein Luftlührungssystem zum Mischen von Frischluft mit den Abgasen oder Abgasprodukten vorgesehen, durch das das Luft/Abgas-Gemisch in den Brennraum einge-

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drückt wird. In Fig. 5 ist mit 21 ein Gasgebläse, mit ■J.2 ein Druckluftgebläse, mit 23 der Brennraum bezeichnet. Teile, die mit denjenigen in Fig. 2, 3 lind k übereinstimmen, sind mi£ gleichen Bezugszeichen bezeiplinet; aus Grün den der Einfachheit sind die mit Rippen versehenen Kesselrptjre und deren nippen nicht dargestellt.

Die sieben möglichen Betriebsarten des Kessels gemajl Fig. 5 3ind folgende:

1. B.ei normalem Betrieh sind die gesonderten Brennluftdrqssßln I^ geöffnet, wahrend die Zwoitluft-ßinlali— drosseln 9a nur leicht offen stehen, die Brennluft-Zwei tluft-Drosseln 11a dagegen wieder weit geöffnet sind. Das Druckgebläse 22 ist in Betrieb.

2. Die gesonderten Brenniuftdrosseln 13 stehen offen, während dip Zweitluft-Einlaßdrosseln 9a nur sehr we— nifi offen stufen; auch die Brennluf t/Zweit luf tdrosseln lla sind geöffnet und das Druckluftgebläse 22 ist in Betrieb. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Vie. 2 bis k prläutert, wird die in den Brennraum 23. durch die Brenneröl'fnungen t einegb 1 asepe JjUft yolumeniiiäil ig reduzieit, so daß sich eine von der stoichipruetri schon Verbrennung abweichende Verbrennung einstellt, nämlich die sogenannte "Yordruckyerbrennung". Folglich verringern sich die Gehalte an NO und SO.

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in den Abgasen, die in die Atmosphäre freigegeben worden, ))ot rächt lieh.

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3. Die Drosseln werden wie bei der Betriebsart 1 geöffnet und es sind das Druckgebläse 22 und das Gasgebläse 21 in-Betrieb. Dadurch stellt sich eine Betriebsweise wit Gaseinblasung ein, bei der ein Teil der Abgase oder der 'inaktiven Gase mit der Breiiiiluft gemischt wird und daraufhin das Luft/Abgas-Gemisch durch die Brenneröf finnigen 1 in den Brennraum 23 eingeblasen werden kann. Die Gehalte an NO und SO, in den Abgasen

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können hierdurch beträchtlich verringert werden.

h. Wie in der Betriebsart 2 stehen die Drosseln oflen und beide Gebläse 22 und 21 sind in Betrieb. Daduich kann eine Vordiuckveibrennung stattfinden, bei der ein Teil der Abgase oder inaktiven Gase mit der Luft gemischt wird, so dall wiederum die Gehalte an Nn und SO in den Abgasen beträchtlich reduziert werden.

5. Die gesonderten Brennluftdrosseln 13 stehen offen, während die Brennluft/Zweitluftdrosseln ila geschlossen und die Zweitluft—Einlaüdrosseln 9a geöffnet sind. Beide Gebläse 22 und 21 sind in Betrieb. Dadurch ist es möglich, das Luft/Abgas-Gemisch, dessen Abgasverhältnis geriHirer als bei der in der Betriebsweise k erhaltenen Mischung ist, durch die Zweitluftgehau.se und die schlitzförmigen I.uf töf f nungen H in den Bi ennraum 23 zu blasen, so daß hierdurch die Gehalte an NO und SO in den Abgasen reduziert werden können.

0. Die gesonderten Brennluftdrosseln 13 sind geöffnet, WiUn end die Brennluft/Zweitluft-Drns.e1 η Ila weit

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offen und die Zweitluft-Einlaßdrosseln 9a in geeigneter Form geöffnet sind, ß-eide Gebläse 21 und 22 sind in Betrieb. Dadurch wird das Luft/Abgas-Geinisch durch die Brenneröffnungen 1 in den Brennraum geblasen, während durch die schlitzförmigen Luftöffnungen 8 nur Frischluft in den Brennraum 23 gelangt. Auch hierdurch können folglich die Gehalte an NO und 80 in den Abgasen beträchtlich verringert werden.

Wie vorstehend erläutert, sind gemäß vorliegender Erfindung die schlitzförmigen Luftöffnungen, d.h. die Lufteiniaßöffnungen, durch die Hippen der Kesselrohre unmittelbar über den Brenneröffnungen ausgebildet und stehen mit den Luftführungen in Verbindung, so daß nicht nur Frischluft, sondern auch Luft/Abgas-Gemisch in den Brennraum geblasen werden kann. Trotz Anordnung von Lufteinlaßöffnungen ändern sich die hydraulischen Druckverluste innerhalb der Kesselrohre überhaupt nicht und es ist eine einfache Herstellung möglich. Die Lufteinlaßöffnungen sind schlitzförmig und können über die ganze Breite oder den Ußifang des Brennraumes· ausgebildet weiden, wobei ihre Höhe entsprechend veränderbar ist. Die Luft kann daher in Abhängigkeit von der Flammenverteilung optimal eingeblasen werden, und zwar unmittelbar unter den schlitzförmigen Luftöffnungen, so daß eine gleichmäßige Mischung erzielbar ist. Dadurch sinken nicht nur die NO - und SO -Gehalte, sondern es wird auch die Rauch- und CO-Erzeugung verringert. Es ist außerdem möglich, wahlweise Frischluft und Luft/Abgas-

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Gemisch einzudrücken, so daß weitgehende Freiheit hinsichtlich der Betriebsweise entsteht. Wenn die erfindungsgetaäße Brenneinrichtung mit Gaseinblasung betrieben wird, läßt sich eine Verunreinigung der Atmosphäre praktisch vollkommen beseitigen.

Während die bestehenden Kessel sehr weitgehend abgeändert werden müssen, falls die herkömmliche Vordruckverbrennung mit den über der Feuerung liegenden Luftöffnung en angewendet werden soll, läßt sich die Ei'findune einfach auf bestehende Kessel anwenden, ohne daß weitgehende Abänderungen oder ein Austausch erforderlich werden, weil die Luftöffnungen in den Rippen der Kesselrohre vorgesehen werden. Außerdem ist der Arbeitsaufwand zur Installierung der Luftführungen und Drosseln iu Vergleich zum Einbau der herkömmlichen Vorverbrennungssysteme gering.

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Claims (2)

Patent- (Schutz-) Ansprüche

1. trenneinrichtung an Brennräumen von Kesseln oder dergleichen, bei denen eine Anzahl von Brenneröffnungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar über den Brenneröffnungen (l) in den Rippen oder VerbindungsplattPii (7) der Kesselrohre schlitzförmige Luftöffnungen (8) vorgesehen sind, die mit Luftiührungen in Verbindung stehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich am Ausgang eines Druckgebläses (22) verzweigende Luftführungen (10, 12) vorgesehen sind, von denen eine Luftführung (12) mit den Brenneröff— nuniien (1) in Verbinduinr steht und eine Brennluftführung darstellt, wahi'end die andere Luftführung (lu) mit den schlitzförmigen Luftoffnumren (S) verbunden ist und eine Zweit1uftführunu bildet, und daß bei iuehr^ien Brenn 1 u f t führungen (12) in jeder liesonderte Brennl uf t fli osse In (13) und in den Zweitluftführungen (K)) Zweit1uft-Ein1aßdrosseln (Qa) angeordnet sind.

"i. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenii-/eiclnift, daß die Brennl u f t l'iih rung (12) und die Zwei t 1 uf t fühiuiiii (lo) durch eine Verhindungsf ühruiiii (11) s I roi:ial(Wärt s von den Drosseln (4;i, 13) miteinander in Verbindunu stehen und dal3 in der Verbindung-

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führung (il) eine Brennluft/Zweitluft-Drossel (lla) angeordnet ist.

h. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Brennluftführung (lü) stromaufwärts von der Brennluftdrossel (13) mit einer Abgasführung in Verbindung steht, die einen Teil der Abgase aus dem Brennraum (23) rezirkuliert.

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