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Die Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner mit
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Zündfeuerung durch mehrere mit einem Zusatzbrennstoff, insbesondere
mit Beichtöl betriebene Peuerungsaggregate im Brennerkopf, den eine von einem Brennerhemd
umgebene Lanze durchdringt, mit der der Kohlenstaub mit der Verbrennungsluft zusammengebracht
wird, welche in einen die Feuerungsaggregate beaufschlagenden Kopfluftstrom und
einen Primärluftstrom aufgeteilt ist, der mit einem vor dem Brennerkopf angeordneten
Leitapparat in eine Drallströmung im Brennerhemd umgesetzt wird.
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Solche Kohlenstaubbrenner werden u.a. für die Erzeugung heißer Gase
benutzt, die z.B. in Trocknungsanlagen industriell genutzt werden. Beispielsweise
werden auf diese Weise Schlämme von Kohlenaufbereitungsanlagen soweit heruntergetrocknet,
daß hieraus ein verkaufsfähiges Erzeugnis entstehen kann. Der Betrieb des Brenners
mit Kohlenstaub ergibt sich vornehmlich aus wirtschaftlichen Erwägungen, welche
vom Preis des Brennstoffes ausgehen. Aber auch die Verfügbarkeit der Kohle spielt
hierbei eine Rolle, insbesondere wenn sie staubbförmig zur Verfügung steht, was
bei der als Einsatzbeispiel beschriebenen Anlage der Fall ist, die solche Stäube
produziert. Deswegen kommt es in der Regel darauf an, den Brenner mit möglichst
wenig Zusatzbrennstoff zu betreiben und den Staub einer niedrigflüchtigen und ballastreichen
Kohle einzusetzen. Hierbei richtet sich das Interesse insbesondere auf eine Kohle
mit flüchtigen Bestandteilen
von ca. 8 - 12 % und einem Aschegehalt
von beispielsweise 15 %, wobei die Stäube zu wenigstens 60 % im Feinstkornbereich
von unter 60/liegt.
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Kohlenstaubbrenner dieser Art sind an sich bekannt und seit langer
Zeit im Einsatz. Diese Brenner haben u.a. den Vorteil, daß sie im Bereich der hauptsächlich
benötigten Wärmeleistung von ca. 1 - 10 G cal/h, insbesondere in der Größenordnung
von ca. 3,4 G cal/h arbeiten. Der bekannte Kohlenstaubbrenner benötigt jedoch Propangas
und Leichtöl als Zusatzbrennstoffe.
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Zum Start des Brenners wird zunächst Propangas elektrisch gezündet.
Dann läuft die Leichtölpumpe an, welche das öl eindüst, das durch die Propangasflamie
gezündet wird. Dann wird die pneumatische Kohlenstaubzuführung eingeschaltet. Die
kombinierte Propangas-Leichtölnamme zündet die eingeblasenen Kohlenstaubpartikel.
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Nachteilig wirkt sich hierbei aus, daß die Propangaszündung bei niedrig-flüchtigen
Kohlen aufrechterhalten werden muß. Dadurch kommt es zu einer Energiebilanz, in
der der Kohlenstaub mit ca. 70 P, das Leichtöl mit ca. 26 % und das Propangas mit
ca. 4 ffi beteiligt sind.
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Bei dem bekannten Kohlenstaubbrenner wird der gesamten Verbrennungsluft
mit Hilfe eines Leitapparates eine Drallbewegung aufgeprägt. Die größere Luftmenge
wird zur direkten Verbrennung benutzt; ein Teil dieser Menge
strömt
unmittelbar am Brennerhemd entlang zumeist nach unten, um das Brennerhemd mit einem
Kühlluftschleier zu kühlen. Aus der zur direkten Verbrennung dienenden Luft wird
vorher eine geringe Menge als gopfluft entnommen. Die Kopfluft dient zur vertikalen
Flammregulierung.
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Nachteilig wirkt sich aus, daß der an der Innenseite des Brennerhemdes
strömende Luftschleier den unteren Rand des Brennerhemdes nicht erreicht, sondern
sich innerhalb des Brennerhemdes in einer unkontrollierten Strömung verliert. Zwar
wird das Brennerhemd durch einen besonderen Kaltluftstrom von außen gekühlt, der
einen Raum zwischen einem das Brennerhemd umgebenen Mantel und dem Brennerhemd selbst
in Strömungsrichtung der heißen Gase durchströmt. Die Kühlwirkung ist aber unzureichend
und kann auch nicht verbessert werden, weil sich der Luftstrom für den Kaltluftschleier
an der Innenwand des Brennerhemdes nicht beeinflussen läßt.
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Neben dem aus wirtschaftlichen Gründen unerwünschten Propangasverbrauch
ergeben sich weitere Nachteile auch daraus, daß die gesamte Verbrennungsluft von
einem Gebläse erzeugt werden muß und eine Aufteilung der Verbrennungsluft auf die
einzelnen Brennstoffe nicht möglich ist. Zwar läßt sich die Kopfluft durch einen
Abzweig führen, der von der die Verbrennungsluft zuführenden Rohrleitung abgeht;
in diesen Abzweig wird
üblicherweise eine Drosselklappe eingebaut.
Gleichwohl kommt es dazu, daß die Kopfluft die Drallströmung im Brenner beeinflußt
und stört. Außerdem haben Drosseln in Form von Drehklappen insbesondere im oberen
Regelbereich den Nachteil, daß sie durch die unvermeidlichen Erschütterungen gestört
und dadurch ungenau werden.
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Diese ungünstigen Bedingungen führen dazu, daß wegen unzuteichender
Steuerungsmöglichkeit der Verbrennungsluft der C02-Gehalt in den Abgasen nicht genau
genug beeinflußt werden kann, so daß sich im Betrieb Probleme mit den Reinhaltungsvorschriften
für Luft einstellen. Außerdem können Brenner der beschriebenen Art und Wärmeleistung
bislang nicht ohne Brenngas, insbesondere Propangas betrieben werden, was ihre Wirtschaftlichkeit
erheblich infragestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bessere Steuerungsmöglichkeiten
für die Verbrennungsluft zu schaffen und damit die Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen
Betrieb des Brenners herbeizuführen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nach Abteilung
des Kopfluftstromes der Primärluftstrom vor dem Leitapparat eine das Brennerhemd
kühlende abfallende und eine daran anschließende, aufsteigende Zwangsströmung bildet,
und daß im Kühlraum des Brennerhemdes mehrere Leitungen angeordnet sind, welche
von außen zugeführte Sekundärluft über Düsen tangential in den vom Hemd umschlossenen
Brennraum einblasen.
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Dadurch, daß man den Kühlluftstrom vor dem Leitapparat aus dem Verbrennungsluftstrom
abzweigt, braucht man den Kühlluftstrom nicht mehr einseitig aus dem Brennerdeckel
herauszuführen, sondern kann ihn durch eine außen liegende Kopfluftleitung inden
eigentlichen Brennerkopf transportieren. Infolgedessen beeinflußt der Kühlluftstrom
nur noch die Flammlänge, nicht aber die Drallströmung im Brennerhemd und läßt sich
außerdem feinfühlig regeln, wozu auch bessere Drosseln eingesetzt werden können.
Dadurch, daß man das Brennerhemd mit dem gesamten Primärluftstrom kühlt, vermeidet
man die bislang auftretenden Uberhitzungen und erreicht hinter dem Leitapparat erheblich
höhere Temperaturen. Diese liegen beispielsweise in der Größenordnung von ca. 2500
C. Das wirkt sich positiv auf das Zündverhalten jeder Kohle, insbesondere aber auf
ballastreiche Stäube aus niederflüchtigen Kohlen aus. Dadurch, daß man Sekundärluft
in das Brennerhemd einbringt, verlängert man den an der Innenwand des Brennerhemdes
auftretenden Verbrennungsluftschneier nach unten und vergrößert gleichzeitig die
Wirbelströmung in der gleichen Richtung infolge der tangentialen Sekundärlufteinläufe.
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Die hierdurch möglichen Vorteile bestehen einerseits darin, daß man
durch Steuerung der Verbrennungsluft für den Zusatzbrennstoff und den Kohlenstaub
den C02-Gehalt der Abgase und die Erhitzungen des Brenners, insbesondere des Brennerhemdes
ausreichend beherrscht. Andererseits kann der Brenner auch ohne
Brenngas,
insbesondere Propangas und nur mit leichtem öl als Zusatzbrennstoff betrieben werden.
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Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der
Abzweig, durch den die Kopfluft in den Brennerkopf einströmt, vor dem Brenner angeordnet,
wobei den Abzweig zur Steuerung der Kopfluft eine Irisblende oder ein Drallregler
eingebaut sind. Hierdurch werden die störanfälligen Drehklappen ersetzt und eine
bessere Feinregulierung der Kopfluft erreicht.
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Vorzugsweise wird ferner das Brennerhemd in zwei konzentrische Räume
aufgeteilt; der außen liegende Raum erhält die über einen Leitapparat zugeführte
und hinter diesem abfallende Primärluft, während der von dem aufateigenden Primärluftstrom
beaufschlagte innere Raum die die Sekundärluft führenden Leitungen aufnimmt. Ein
solcher Aufbau hat zur Polge, daß man auch die Außenseite des Brennerhemdes kühlen
kann, indem man hierfür getrennte zugeführte Kaltluft verwendet.
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Um die nötige Wärmeleistung der Zusatzfeuerung aufzubringen, empfiehlt
es sich, gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die für den Zusatzbrennstoff
vorgesehenen Peuerungsaggregate in an sich bekannter Weise auszubilden und mit einer
verschiebbaren Öllanze, Stauscheibe und Feuerungsautomat sowie mit einer von einem
separaten Gebläse erzeugten Verbrennungsluftzufuhr mit Steuerdrossel zu versehen.
Hierbei wird die
Kopfluftzufuhr neben den Brennköpfen der Feuerungsaggregate
angebracht.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der
Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 im Längsschnitt einen Brenner gemäß der
Erfindung, Fig. 2 eine Einzelheit an der mit I bezeichneten Stelle der Fig. 1 und
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1 in teilweise abgebrochener
Darstellung.
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Der in Fig. 1 wiedergegebenen gohlenstaubbrenner mündet in eine ausgemauerte
Muffe 1. Auf das obere Ende 2 der Muffe ist eine Blechkonstruktion 3 aufgesetzt.
Der Außenmantel hat einen einseitigen Rohrabgang 4 mit einem Flansch 5 zum Anschluß
einer bei 6 angedeuteten Leitung, durch die Kühlluft eintritt. Im oberen Bereich
der Blechkonstruktion 3 befindet sich ein Versteifungsblech sowie ein Leitapparat
15 zur Verteilung der Kühlluft, deren Strömungsrichtung in ausgezogener Linienführung
wiedergegeben ist.
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Oberhalb des Versteifungsbleches ist die Konstruktion 3 mit einem
Flansch 7 versehen (Fig. 2). Auf einem Lochkres 8 sind nicht dargestellte Schrauben
für einen Gegenflansch 9 angeordnet. Der Gegenflansch gehört zu einem Aufsatz 10,
dessen oberes Ende einen dem Flansch 9 entsprechenden Flansch 11 besitzt. Auf einem
Lochkreis 12 sind nicht dargestellte Schrauben vorhanden, die zum Anschluß eines
Flansches 13 dienen, der an einem weiteren Aufsatz 14 befestigt ist.
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Der Aufsatz 14 hat einen bei 16 angeflanschten Deckel 17, mit dem
ein Brennerkopf 18 angeschlossen ist.
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Aus dem Aufsatz 10 ist eine Rohrleitung 20 einseitig herausgeführt,
deren freies Ende bei 21 einen Anschlußflansch für eine Leitung 22 (Fig. 1) aufweist,
durch die Sekundärluft eintritt. Der Sekundärluftstrom ist in strichpunktierter
Linienführung wiedergegeben. Das Anschlußrohr 22 mündet an einem im Querschnitt
etwa dreieckförmigen Ringraum 24, der mehrere Öffnungen 26 aufweist. Die Öffnungen
dienen zur Anbringung von Rohren 27, durch die Sekundärluft strömt.
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An der der Rohrleitung 20 gegenüberliegenden Seite des Aufsatzes 10
befindet sich ein weiteres Anschlußrohr 28. Durch dieses Rohr strömt Verbrennungsluft,
welche gestrichelt wiedergegeben ist. Die Verbrennungsluft strömt durch eine Zuluftleitung
29, welche an das Rohr 28 bei 30 angeflanscht ist. Hinter dem
Flansch
30 und vor der Mündung des Rohres 28 in den Innenraum 31 des Aufsatzes 10 befindet
sich ein Abzweig 33. An den Stutzen 33 ist ein Rohrabschnitt 34 angeflanscht, der
eine Irisblende enthält, so daß der bei 36 abzweigende Luftstrom gedrosselt und
dadurch gesteuert werden kann. Der Luftstrom ist durch eine Linienführung wiedergegeben,
in der Kreuze und Striche abwechseln. Es handelt sich um die sogenannte Kopfluft.
Sie strömt über einen Krümmer 38 in den Brennerkopf 18 ein und verläßt diesen durch
eine Öffnung 39 in der Stirnseite des Brennerkopfes 18.
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Durch die Öffnung 39 ist eine Lanze 40 geführt, die den Brennerkopf
18 durchdringt. Die Lanze besteht im wesentlichen aus einem Rohr, durch das Eohlenstaub
eingeblasen werden kann. Der Kohlenstaubstrom ist durch eine Linienführung wiedergegeben,
in der Striche und Kreise abwechseln.
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Der Brennerkopf enthält z.B. vier in an sich bekannter Weise ausgebildete
Leichtölbrennerbuchsen, die in der Decke 41 des Brennerkopfes 18 angebracht sind.
Zwei der auf einem Teilkreis angeordneten vier Leichtölbrennerbuchsen sind in der
Fig. 1 sichtbar und allgemein mit 42 bzw. 43 bezeichnet. Da die Brennerbuchsen an
sich bekannt sind, sind ihre Einzelheiten nicht dargestellt. Sie enthalten dementsprechend
eine Öllanze, Stauscheiben, die bei 44 angedeutet sind und eine Verbrennungsluftzufuhr,
deren außen liegendes
Zentralrohr mit 45 bezeichnet ist und wiederum
eine Irisblende bei 46 enthält. Die Verbrennungaluftströmung für die Leichtölbrennerbuchsen
ist durch eine Linienführung angedeutet, in der Kreise und Kreuze abwechseln.
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Die Brennerbuchaen erzeugen Flammen, die bei 48 dargestellt sind und
deren Länge durch den mit der Irisblende 34 regelbaren Kopfluftstrom eingestellt
werden kann. Der Kopfluftstrom bildet nur einen Teil der gestrichelt wiedergegebenen
Verbrennungsluft. Hinter dem Stutzen 33 wird der größere Teil der Zuluft als Primärluft
benutzt und ist daher ebenfalls strichpunktiert wiedergegeben. Der Primärluftstrom
gelangt zunächst in einen Leitapparat 50, der in dem Aufsatz 1o untergebracht ist.
Infolge der beschriebenen Anordnung der Teile 20, 21 und 24 kann sich die Sekundärluft
nicht mit der Primärluft vermischen. Hinter dem Leitapparat 50 entsteht dadurch
ein abfallender Luftstrom, der allgemein mit 51 bezeichnt ist.
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Er strömt durch einen Raum 52 in dem allgemein mit 53 bezeichneten
Brennerhemd. Das Brennerhemd hat eine mit 54 bezeichnete Innenseite und eine mit
55 bezeichnete Außenseite. Es hat eine innere Trennwand 56, durch die der äußere
Raum 52 und der ihm entsprechende innere Raum 57 entsteht.
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Der abwärts gerichtete Primärluftstrom 51 gelangt dadurch bis an das
freie Ende 58 der inneren Trennwand 56 und erfährt dort eine Umlenkung um ca.
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1800. Es bildet sich deswegen ein aufsteigender Strom 59, welcher
schließlich in einen Leitapparat 60 gelangt, der in den oberen Aufsatz 14 eingebaut
ist. Hinter dem Leitapparat 60 kehrt sich die Richtung des Stromes 59 bei 61 um
und die Luft gelangt dadurch in einen weiteren Leitapparat 63. Durch den Leitapparat
63 wird die Luft, wie bei 64 angedeutet, in eine Drallströmung versetzt, die einen
Wirbel 65 am inneren Ende des Brenners erzeugt.
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Ein weiterer Wirbel entsteht durch die Sekundärluft, die durch das
Rohr 20 und dadurch in den Ringraum 24 einströmt. Sie gelangt nämlich durch mehrere
Rohre 27, die zwischen dem inneren Brennerhemd 66 und der inneren Trennwand 56 angeordnet
sind, an eine Bohrung 67 im inneren Brennerhemd 66. Vor der Bohrung befindet sich
ein Leitblech 68, welches dazu dient, dem betreffenden Teilstrom der Sekundärluft
eine tangentiale Richtungskomponente aufzuzwingen, die bei 69 wiedergegeben ist.
Dadurch entsteht ein weiterer Wirbel 70 am freien Ende des Brennerhemdes. Gemäß
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leitbleche 68 Teile von Düsen, die
die Tangentialströmung erzeugen, welche bei 69 angedeutet ist. Die Rohre 27 hängen
frei. Sie sind zur Aufnahme der Wärmedehnung mit Stopfbuchsdehnstücken versehen,
welche jedoch in den Zeichnungen nicht wiedergegeben sind.
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Die Kühlung des Brennerhemdes wird durch die bei 6 zufließende Kühlluft
vervollständigt, welche zwischen
dem äußeren Blech 55 des Brennerhemdes
und einem Mantelbelch 71 strömt.
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Auf diese Weise ist, wie durch die verschiedenen Linienführungen wiedergegeben
ist, das Brennerhemd außen zwischen Mantel 71 und äußerem Brennerblech 55, innen
durch den Primärluftstrom und an seiner Innenseite durch einen Luftschleier 74 gekühlt,
der an der Innenseite des Brennerhemdes abfließt und durch Linien angedeutet ist,
die aus Kreuzen bestehen.
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Die Sekundärluft wird von einem getrennten Gebläse erzeugt und ist
hochgespannt. Sie läßt sich durch nicht dargestellte Drosseln regeln, so daß definierte
Luftverhältnisse im Inneren des Brenners entstehen.
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Auch die Verbrennungsluft, die bei 29 zugeführt wird, läßt sich durch
ein Gebläse erzeugen, das getrennt von dem Sekundärluftgeblse arbeitet. Wiederum
durch ein weiteres getrenntes Gebläse wird die Verbrennungsluft für die Ölbrenner
erzeugt, die besondre Feuerungsaggregate im Brenner bilden.
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Schließlich kann der Kohlenstaub durch getrennte Gebläse eingebracht
werden. Die Verhältnisse lassen sich überwachen, indem Beobachtungen durch feuerfeste
durchsichtige Scheiben bei 80, 81 an den freien Enden von Stutzen 82, 83 durchgeführt
und entsprechend den Beobachtungen Steuerungen bei 84 betätigt werden.
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L e e r s e i t e