DE2820931C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Zünden von pulverisierter Kohle - Google Patents

Description

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(Λ/13,1 106)- 8,16 kv

79 (3+2,2 w_c)

und wobei

Pgas =

die Leistung in dem heißen Hochgeschwindigkeits-Luftstrahl(kW),

die' spezifische Gesamtenthalpie des heißen Hochgcschwindigkeits-Luftstrahls(J/kg),

die Luftdurchflußmenge (kg/s),

die Kohledurchflußmenge (kg/s). jn

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Brennkammer, einer Einrichtung zum ständigen Einleiten des Stroms aus pulverisierter Kohle Ji und Luft in die Brennkammer sowie einer Einrichtung zur Erzeugung eines heißen Zündgasstrahls zum Zünden der pulverisierten Kohle in der Brennkammer, gekennzeichnet durch eine elektrische Lichtbogenheizeinrichtung (18) zum Erzeugen eines heißen Zündgasstrahls hoher Geschwindigkeit, die ausgestattet ist mit:

(a) einer Gaskammer (22) mit Mitteln (24) zu tangentialen Einleiten des Zündgases unter Erlöschens der Flamme in Kontakt gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsstrom aus vorerhitzter Luft mit dem Strom aus pulverisierter Kohle und Luft gemischt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündgas Luft verwendet wird sowie daß die Durchflußmenge der pulverisierten Kohle und des Luftstroms, die Leistung in dem heißen Hochgeschwindigkeits-Luftstrahl und die spezifische Gesamtenthalpie desselben auf solchen Werten gehalten werden, daß der dimensionslose Parameter / entsprechend der folgenden Gleichung gleich oder größer als ein Mindestwert von 0,70 bis 0,80 ist, wobei

Druck in die Gaskammer zwecks Ausbildung eines stabilisierenden Gasstroms in der Heizeinrichtung,

(b) zwei Elektroden (26, 28) zur Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens in der Gaskammer (22) zwecks Erhitzens des Zündgases auf extrem hohe Temperaturen,

(c) einer Einrichtung (34) zur magnetischen Beeinflussung von Länge und Richtung des Lichtbogens und

(d) einer mit der Gaskammer in Verbindung stehenden Austrittsdüse.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (64) zum Einleiten eines vorerhitzten Hilfsluftstroms in die Brennkammer (52).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzexhnet durch ein in der Brennkammer (52) angeordnetes Strömungsumlenkelement (56) zum Verteilen des Stroms aus pulverisierter Kohle und Luft.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden von in einem Luftstrom suspendierter, pulverisierter Kohle, wobei der aus pulverisierter Kohle und Luft bestehende Strom mit einem heißen Zündgas in Kontakt gebracht wird.

Die überwiegende Anzahl der Kraftwerke, die während der letzten Jahrzehnte installiert wurden, ist mit Dampfkesseln ausgestattet, die mit Erdgas oder mit Öl befeuert werden. Konventionelle kohlebefeuerte Kesselanlagen sind in dieser Zeitspanne mehr oder weniger außer Gebrauch gekommen, weil Erdgas und öl als Brennstoff zweckmäßiger zu verwenden waren als Kohle. Die Kosten von Erdgas und öl sind in den letzten Jahren jedoch ständig angestiegen. Außerdem besteht in den meisten Ländern der Erde ein erheblicher Mangel an diesen Brennstoffen. Andererseits stellt Kohle einen Brennstoff dar, der noch in großen Mengen zur Verfügung steht und dessen Kosten relativ niedrig sind. Infolgedessen stellen kohlebefeuerte Dampfkessel-

bo anlagen, die derzeit in Beirieb sind, einen wichtigen Teil der industriellen Netzleistungserzeugungskapazilät dar.

Im Betrieb eines konventionellen, mit Kohle befeuerten Suspensionsdampfkessels wird pulverisierte Kohle in einem Luftstrom suspendiert und durch Leitungen hindurch einer Mehrzahl von Kohlebrennern im Dampfkessel zugeleitet. Nach Austreten aus den Brennern wird die Kohle für gewöhnlich mit zusätzlicher Luft gemischt und gezündet, wozu sie mit einem heißen Zündgas, nämlich den Verbrennungsgasen einer Zündeinrichtung, in Kontakt gebracht wird. Die derzeitige Praxis besteht darin, Zündeinrichtungen zu verwenden, die mit Erdgas oder mit öl befeuert werden. Dieses Verfahren ist energieaufwendig, da beispielsweise für die Zündung eines Kohlebrenner mit einer Nennleistung von 20 MW eine Erdgasflamme mit einer Wärmeausgangsleistung von 380 kW erforderlich ist.

Es ist daran gedacht, daß in den kommenden Jahren mit Kohle befeuerte Dampfkesselanlagen in Verbin-

dung mit Kernkraftwerken benutzt werden, um die Elektrizität während Spitzenbedarfszeiten zu erzeugen. Bei derartigen Anlagen können die mit Kohle befeuerten Dampfkessel im gedrosselten Zustand gefahren werden, d.h. bei weniger als 70% der Nennleistung. Unter diesen Bedingungen neigt die pulverisierte Kohle, die den Kohlebrennern zugeführt wird, dazu, die Brennerdüse in einem intermittierenden Strom zu verlassen, was zur Folge hat, daß die Kohle/Luft-Flamme zwischen den Kohleschüben erlischt Es kann zur Verbrennungsinstabüitäten kommen, wenn die Flamme nicht sofort wieder gezündet wird. Außerdem kann nicht gezündete Kohle in verborgene Ausnehmungen im Kessel gespült werden, wo die Kohle eine Explosionsgefahr hervorrufen kann. Es kann daher notwendig werden, die mit Erdgas oder mit öl befeuerten Zündeinrichtungen ständig arbeiten zu lassen, damit die Flamme während der Zeiträume, innerhalb deren die Kohle/Luft-Flamme erlöschen könnte, wieder gezündet und stabilisiert wird.

In Abhängigkeit von der im Einzelfall vorgesehenen Größe des Dampfkessels können zwischen ungefähr zwölf und achtundvierzig Kohlebrenner vorgesehen sein. Jeder Kohlebrenner kann typischerweise für eine Leistung von 20 Megawatt je Brenner bis zu 50 Megawatt ausgelegt sein. Weil die mit Erdgas oder Öl befeuerten Zündeinrichtungen allgemein Wärmeleistungen haben, die zwischen ungefähr 2% und 20% der Wärmeleistung der Hauptbrenner liegen können, kann der Betrieb dieser Zündeinrichtungen auf kontinuierlicher Basis sehr kostspielig werden. Eine solche Arbeitsweise wird noch mehr Kosten verursachen, wenn der Preis für flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffbrennstoffe in den kommenden Jahren weiter eskaliert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Gesamtenergie, die zum Zünden der Kohle notwendig ist, wesentlich vermindert ist.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß ein unter Druck stehendes Zündgas unter Bildung eines Wirbelstromes freigesetzt und mittels eines elektrischen Lichtbogens derart auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, daß das freigesetzte Gas die Form eines heißen Hochgeschwindigkeitsstrahles annimmt.

Die Erfindung liegt im wesentlichen in der Verwendung eines mittels eines elektrischen Lichtbogens erhitzten oxidierenden Gasstrahls hoher Geschwindigkeit zum Zünden von pulverisierter Kohle, die in einem Luftstrom suspendiert ist.

Elektrische Lichtbogenheizeinrichtungen der beschriebenen Art sind an sich im einzelnen aus der US-PS 33 01 995, jedoch nicht zum Zünden von Kraftwerks-Kohlebrennern bekannt.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird der Einsatz von kostspieligen Kohlenwasserstoffen vermieden. Als Energiequelle für Zündung wird Elektrizität benützt. Die Erfindung ist somit insbesondere auf die Verwendung von elektrischen Lichtbogenheizeinrichtungen zum Zünden von pulverisierter Kohle in einem konventionellen, mit Kohle befeuerten Suspensionsdampfkessel geeignet.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einer Brennkammer, einer Einrichtung zum ständigen Einleiten des Stromes aus pulverisierter Kohle und Luft in die Brennkammer sowie einer Einrichtung zum Erzeugen eines heißen Zündgasstrahles zum Zünden der pulverisierten Kohle in der Brennkammer.

Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die zur Durchführung des oben geschilderten Verfahrens geeignet ist

Diese Aufgabe ist gelöst durch eine elektrische Lxhtbogenheizeinrichtung zum Erzeugen eines heißen Zündgasstrahles hoher Geschwindigkeit, die ausgestattet ist, mit:

a) einer Gaskammer mit Mitteln zum tangentialen Einleiten des Zündgases unter Druck in die Gaskammer zwecks Ausbildung eines stabilisierenden Gasstroms in der Heizeinrichtung,
b) zwei Elektroden zur Ausbildung des elektrischen Lichtbogens in der Gaskammer zwecks Erhitzens des Zündgases auf extrem hohen Temperaturen,

c) einer Einrichtung zur magnetischen Beeinflussung

von Länge und Richtung des Lichtbogens und
2u d) einer mit der Gaskammer in Verbindung stehenden Austrittsdüse.

Elektrische Lichtbogenheizeinrichtungen sind in der Lage, ein Gas auf extrem hohe Temperaturen zu erhitzen. Vorrichtungen dieser Art, die als wirbelstabilisierte Lichtbogenheizeinrichtungen bezeichnet werden, werden erfindungsgemäß eingesetzt Solche Einrichtungen weisen allgemein eine Kammer mit Mitteln auf, die es gestatten, ein Gas unter Druck tangential in die

:<> Kammer einzuleiten, um einen die Einrichtung durchlaufenden stabilisierenden Wirbelgasstrom auszubilden. Solche Einrichtungen sind ferner ausgestattet mit zwei Elektroden zum Ausbilden eines elektrischen Lichtbogens in der Kammer zwecks Erhitzung des Gases, Mitteln zur magnetischen Beeinflussung der Länge und der Richtung des Lichtbogens und einer mit der Kammer in Verbindung stehenden Austrittsdüse.

Gas, das in das Innere der Kammer eingeleitet wird, wird mittels des Lichtbogens auf extrem hohe Temperaturen erhitzt, worauf das erhitzte Gas über die Düse in die umgebende Atmosphäre in Form eines extrem heißen Hochgeschwindigkeitsgasstrahls austritt.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung

können als Zündgas jedes oxidierende, nicht brennbare Gas oder Gasgemische verwendet werden, die die spontane Verbrennung von pulverisierter Kohle bei hohen Temperaturen unterstützen. Zu geeigneten Zündgasen gehören Luft, Sauerstoff und mit Sauerstoff angereicherte Luft sowie oxidierende Gasgemische, wie

so zum Beispiel Luft und/oder Sauerstoff in Verbindung mit gewissen anderen nichtbrennbaren oder inerten Gasen wie Stickstoff, Argon und Helium. Speziell ausgeschlossen sind vorliegend Gasgemische, die brennbare gasförmige oder feste Kohlenwasserstoffe enthalten.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der mittels des elektrischen Lichtbogens erhitzte Hochgeschwindigkeitszündgasstrahl mit dem Strom aus pulverisierter Kohle und Luft in Kontakt gebracht, bis die Zündung der pulverisierten Kohle durch spontane Verbrennung eintritt. Dann kann, falls erwünscht, der Zündgasstrahl mit dem Strom aus pulverisierter Kohle und Luft in Kontakt gehalten werden, um die Kohle/Luft-Flamme zu stabilisieren und ein Verlöschen

b5 dir Flamme zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Kohlebrenner geschaffen, der eine Brennkammer, eine Einrichtung zum ständigen Einleiten des Stroms aus pulverisierter

Kohle und Luft in die Brennkammer sowie eine elektrische Lichtbogenheizeinrichtung zur Erzeugung eines heißen Zündgasstrahls hoher Geschwindigkeit zum Zünden der pulverisierten Kohle in der Brennkammer aufweist. Die bei der Vorrichtung nach der Erfindung benutzte elektrische Lichtbogenheizeinrichtung ist wirbelstabilisiert, was zu erheblichen Vorteilen gegenüber anderen bekannten Arten von Lichtbogenheizeinrichtungen führt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

F i g. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 im Schnitt eine Aufrißansicht einer typischen vorliegend verwendeten elektrischen Lichtbogenheizeinrichtung, und

F i g. 3 im Schnitt einen Aufriß des Kohlebrenners nach der Erfindung.

Kohle gelangt vom Bergwerk zu elektrischen Kraftwerken in der Regel in Form von relativ großen Brocken. Die Kohle wird gebrochen und mittels Förderern nach oben in Speicherbunker gebracht, die im Kraftwerk an erhöhter Stelle angeordnet sind. Die in diesen Bunkern befindliche Kohle wird dann duich Schwerkraft einer Pulvermühle zugeführt, die die Kohle auf eine sehr kleine Teilchengröße mahlt, d. h. eine Teilchengröße zwischen ungefähr 0,07 mm und 0,3 mm. Diese feinpulverisierte Kohle geht dann an eine Leitung, wo die Kohle in einem Luftstrom suspendiert wird. Die Geschwindigkeit des Luftstroms beträgt für gewöhnlich ungefähr 30 m/s. Der pulverisierte Kohle/Luft-Strom gelangt dann über Leitungen zu den verschiedenen Kohlebrennern, die für den Dampfkessel vorgesehen sind.

F i g. 1 zeigt schematisch das vorliegende Verfahren zum Zünden der pulverisierten Kohle, während sie die Kohlebrenner durchläuft. Wie veranschaulicht, gelangt der Strom aus pulverisierter Kohle und Luft in den Brenner 10 an dessen Eintrittsende 12; er tritt aus der (nicht gezeigten) Brennerdüse in eine Verbrennungszone C die unmittelbar vor dem Austrittsende 14 des Brenners liegt Vorzugsweise verläßt der Strom aus pulverisierter Kohle und Luft die Brennerdüse in breitgestreuter Verteilung, wie dies in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist Eine derartige Umlenkung des Stroms aus pulverisierter Kohle und Luft erleichtert die Zündung der Kohle beim Verlassen des Brenners. Zweckentsprechende Mittel können im Austrittsende 14 des Brenners vorgesehen sein, um den Kohle/Luft-Strom dispers zu verteilen, wie dies im folgenden noch näher erläutert ist

Ein Hilfsluftstrom läuft um das Austrittsende 14 des Brenners herum; er vermischt sich mit dem Kohle/Luft-Strom in der Verbrenmmgszone C, wie dies in der Zeichnung gleichfalls durch Pfeile angedeutet ist Bei dem Hilfsluftstrom kann es sich um Außenluft oder um vorerhitzte Luft von dem Dampfkessel handeln. Wenn die Luft vorerhitzt ist, unterstützt der Hilfsluftstrom die Zündung der Kohle weiter, indem er die Temperatur des Stroms aus pulverisierter Kohle und Luft erhöht Die Kohle wird gezündet, indem der Kohle/Luft-Strom in der Verbrennungszone C mit dem heißen Hochgeschwindigkeitszündgasstrahl 16 in Kontakt gebracht wird, der die elektrische Lichtbogenheizeinrichtung 18 verläßt Die Lichtbogenheizeinrichtung 18 befindet sich in unmittelbarer Nähe des Austrittsendes 14 des Brenners 10.

Bei der elektrischen Lichtbogenheizeinrichtung 18 handelt es sich, wie dies im einzelnen aus F i g. 2 hervorgeht, um eine wirbelstabilisierte Einrichtung. Die Lichtbogenheizeinrichtung ist mit einem hohlen, zylin- -> drischen, metallischen Brennerkörper 20 versehen, in dem sich eine zentrale Kammer 22 befindet, der Gas über mehrere Gaseinlaßöffnungen 24 unter Druck zugeleitet werden kann. Zwei rohrförmige, nichtabschmelzende metallische Elektroden 26, 28 sind an dem

nt Brennerkörper 20 montiert. Die rohrförmigen Elektroden 26, 28 können beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt sein. Die stromaufwärts befindliche Elektrode 26 sitzt teilweise innerhalb der mittleren Kammer 22; sie ist gegen den Brennerkörper

\=> 20 mittels einer nichtleitenden Isolierbuchse 30 elektrisch isoliert. Die Düse oder stromabwärts liegende Elektrode 28 steht am einen Ende mit der Kammer 22 in Verbindung. Diese Elektrode kann gegebenenfalls an ihrem äußersten Ende mit einer einschnürenden Düse (nicht gezeigt) ausgestattet sein. Eine Hochspannungsstromquelle 32 liegt in Reihe mit den beiden Elektroden 26,28.

Ein Zündgas, beispielsweise Luft oder Sauerstoff, wird unter einem Überdruck von beispielsweise

2ΐ ungefähr 1,4 bis 7 bar in die Kammer 22 über die Gaseinlaßöffnungen 24 eingeleitet, die so angeordnet sind, daß das Gas in die Kammer 22 tangential einströmt und innerhalb der Einrichtung einen stabilisierenden Gaswirbelstrom ausbildet. Ein elektrischer Lichtbogen

3d wird dann von der Stromquelle 32 zwischen der stromaufwärts befindlichen Elektrode 26 und der stromabwärts liegenden Elektrode 28 gebildet. Die tangentiale Gasströmung in der zentralen Kammer 22 sucht den Lichtbogen entlang der Mittellinie der

j-> Vorrichtung zu führen, wobei die Ansatzpunkte des Lichtbogens an der Elektrode 26 und der Elektrode 28 liegen. Mittels einer Feldspule 34, die das äußere Ende der stromaufwärts liegenden Elektrode 26 umgibt, wird um den Lichtbogen herum ein Magnetfeld induziert das den Lichtbogenansatzpunkt auf der stromaufwärts liegenden Elektrode 26 einstellt und rotieren läßt Das in die Kammer 22 eintretende Gas wird mittels des Lichtbogens auf extrem hohe Temperaturen erhitzt; es tritt über die stromabwärts befindliche Elektrode 28 in der Form eines heißen Zündgasstrahls 36 von hoher Geschwindigkeit aus.

Wegen der auftretenden extrem hohen Temperaturen wird ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch die elektrische Lichtbogenheizeinrichtung 18 hindurch

so umgewälzt Eine Kühlmittelumwälzung ist während des Betriebs der Einrichtung und auch dann notwendig, wenn die Einrichtung in einen heißen Abschnitt des Kraftwerkkessels installiert wird, beispielsweise in dem Windkasten, der die vorerhitzte Hilfsluft verteilt. Das Kühlmittel tritt in die stromabwärts befindliche Elektrode 28 über einen KühJmitteleinlaß 38 ein und durchströmt eine Reihe von nicht gezeigten Kanälen in der Elektrode 28, dem Brennerkörper 20 und der stromaufwärtigen Elektrode 26. Das Kühlmittel tritt dann über einen Kühlmittelauslaß 40 an der stromaufwärtigen Elektrode 26 aus. Es können auch entsprechende Mittel vorgesehen sein, um ein Kühlmittel durch die Feldspule 34 hindurchzuleiten, die während des Betriebs ebenfalls erhitzt wird.

Elektrische Lichtbogenheizeinrichtungen der beschriebenen Art sind an sich im einzelnen aus der US-PS 33 01 995 bekannt Sie können rar Austrittstemperaturen des Gasstrahls im Bereich von ungefähr 2870° C bis

8320° C sorgen.

Dagegen erzeugen mit Erdgas oder öl befeuerte Zündeinrichtungen Kohlenwasserstoffflammentemperaturen in dem relativ begrenzten Bereich von ungefähr 1930° C bis 2870° C.

Weil der Einsatz der Zündung der pulverisierten Kohle auf Temperaturerhöhungen exponentiell anspricht, versteht es sich, daß die Verwendung von elektrischen Lichtbogenheizeinrichtungen zur Zündung der Kohle eine wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Ausführungsformen darstellt.

Abgesehen von den hohen Zündtemperaturen bietet die Verwendung von elektrischen Lichtbogenheizeinrichtungen zur Zündung der Kohle weitere Vorteile. Der elektrische Lichtbogenheizeinrichtungen verlassende heiße Gasstrahl besteht bei Verwendung von Luft als Zündgas in der Hauptsache aus heißem Sauerstoff und Stickstoff, oder, wenn Sauerstoff allein als Zündgas verwendet wird, nur aus heißem Sauerstoff. Es sind keine Verbrennungsprodukte vorhanden, die chemisch inert sind und die mit dem Strom aus pulverisierter Kohle und Luft durchgreifend vermischt werden müssen, bevor eine spontane Verbrennung der Kohle stattfinden kann. Des weiteren enthält der mittels des Lichtbogens erhitzte austretende Gasstrahl sowohl ionisierte als auch dissoziierte Zündgaskomponenten, die in hohem Maße chemisch aktiv sind und daher wesentlich zu dem Zündvorgang beitragen.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß aufgebauten Kohlebrenners. Der dargestellte Kohlebrenner ist von kreisförmiger Bauart, um bei sogenannten »target fired« Dampfkesseln verwendet zu werden. Der Kohlebrenner weist ein Gehäuse 42 auf, das aus einem zweckentsprechenden feuerfesten Werkstoff gefertigt und an der Wand des Dampfkessels 44 um eine Brennereinlaßöffnung 46 herum montiert ist. Eine rohrförmige Brennerdüse 48 reicht von einer Außenwand 50 in die Brennkammer 52 hinein. Von der Pulvermühle kommende Kohle wird in einem Luftstrom suspendiert; sie betritt die Brennerdüse 48 über ein Winkelstück 54, das an deren äußerem Ende angebracht ist Die die Düse verlassende Kohle gelangt in die Brennkammer 52. Eine Strömungsumlenkeinrichtung 56 ist vor der Brennerdüse 48 auf einer Stange 58 montiert, um den Strom aus pulverisierter Kohle und Luft weitgestreut zu verteilen, wenn er die Düse 48 verläßt Die Strömungsumlenkeinrichtung 56 kann beispielsweise aus mehreren schräggestellten Leitwänden bestehen, die auf einem kreisförmigen Rahmen sitzen. Die Strömungsverteilung läßt sich durch Verschieben der Stange 58 einstellen, die auf einem Armstern 60 innerhalb der Düse 48 und mittels einer Abdeckplatte 62 am Winkelstück 54 abgestützt ist Vorerhitzte Hilfsluft vom Dampfkessel strömt über eine Mehrzahl von einstellbaren Flügeln 64, welche die Brennerdüse 48 umgeben; sie mischt sich in der Brennkammer 52 mit dem Strom aus pulverisierter Kohle und Luft

In der Außenwand 50 des Dampfkessels ist der elektrische Lichtbogenzündbrenner T montiert Der Brenner T, der grundsätzlich den gleichen Aufbau wie in

Fig.2 gezeigt hat, ist so angeordnet, daß seine Düsenelektrode dicht benachbart der Brennkammer 52 sitzt. Im Betrieb wird die pulverisierte Kohle durch spontane Verbrennung mittels des heißen Hochgeschwindigkeitszündgasstrahls aus dem Brenner T gezündet, wenn die Kohle die Brennerdüse 48 verläßt. Wahlweise wird der Brenner T nach Eintreten der Zündung ständig in Betrieb gehalten, um die Kohle/ Luft-Flamme zu stabilisieren und ein Erlöschen der

ίο Flamme zu verhindern.

Die Erfindung wurde unter spezieller Bezugnahme auf einen kreisförmigen Kohlebrenner erläutert; es versteht sich jedoch, daß sie darauf nicht beschränkt ist und daß elektrische Lichtbogenheizeinrichtungen be nutzt werden können, um pulverisierte Kohle bei anderen bekannten Kohlebrennerarten zu zünden. Beispielsweise können elektrische Lichtbogenheizeinrichtungen der erläuterten Art ebensogut auch in die Kohlebrenner von konventionellen, tangential befeuer ten Dampfkesseln eingebaut werden.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Anwendung einer wirbelstabilisierten, elektrischen Hochspannungslichtbogenheizeinrichtung als Zündbrenner. Die Anwendung dieser Art von Lichtbogen- heizeinrichtung ist von besonderem Vorteil, weil der Hochspannungsbrenner bei vorgegebenem Leistungspegel mit hoher Lichtbogenspannung und niedrigem Lichtbogenstrom arbeitet. Bei geringem Lichtbogenstrom sind die Betriebskosten der Zündeinrichtung geringer, weil die Elektrodenverschleißrate klein ist (d. h„ die Elektrodenverschleißrate ist proportional dem Lichtbogenstrom potenziert mit einem Exponenten, der wesentlich größer als 1 ist). Außerdem werden die Betriebskosten der Einrichtung auch gesenkt, weil der

γ-, Leistungsgrad des Lichtbogenbrenners, d.h. das Verhältnis der Leistung im Gasstrahl zur Eingangsleistung, umgekehrt proportional dem Lichtbogenstrom ist Bei niedrigem Lichtbogenstrom wird in dem Gasstrahl mehr Eingangsleistung verbraucht; weniger Eingangs leistung geht in dem Kühlmittel verloren.

Die spontane Verbrennung von pulverisierter Kohle in Luft geschieht grundsätzlich auf die folgende Weise: Wenn die Kohleteilchen auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden, tritt das flüchtige Material aus der Teilchenoberfläche aus und beginnt zu brennen. Wenn anschließend die Temperatur weiter ansteigt, kommt es zu der Verbrennung des restlichen Materials. Bei pulverisierter Kohle kommt es vorliegend zu einer spontanen Verbrennung, wenn die Kohle auf Tempera türen über 260⁰C erhitzt wird.

Es wurde experimentell festgestellt, daß die Zündung von pulverisierter Kohie entsprechend dem vorliegend erläuterten Verfahren eintritt, wenn gewisse Mindestbedingungen erfüllt sind. So wurde gefunden, daß es zu der Zündung der Kohle mit Luft als Zündgas kommt, wenn ein entsprechend der folgenden Gleichung definierter, dimensionsloser Parameter »/« gleich oder größer als ein Mindestwert zwischen ungefähr 0,70 und 030 ist Dabei gut

wobei

— die Leistung in dem mittels des Lichtbogens erhitzten Zünderluftstrahl (kW), h = die spezifische Gesamtenthalpie des Zünderstrahls (J/kgX

Vp₁ -= die Primärluftdurchflußmenge durch den mit pulverisierter Kohle gespeisten Brenner (kg/s),

ίο

w_c — die Kohledurchflußmenge durch den mit pulverisierter Kohle beaufschlagten Brenner (kg/s).

Anhand des folgenden Beispiels sei die praktische Durchführung des vorliegenden Verfahrens dargestellt.

Beispiel

Ein wirbelstabilisierter Hochspannungslichtbogenzündbrenner wurde in einem der Kohlebrenner eines mit Kohle befeuerten 800 MW Suspensionsdampfkessels installiert. Bei dem Kohlebrenner handelte es sich um einen kreisförmigen Brenner mit einem Durchmesser von 305 mm und einer Wärmenennleistung von 20 MW. Zündversuche wurden unter sechs gesonderten Bedingungen durchgeführt. Das Testverfahren lief wie folgt ab: Im ersten, zweiten und dritten Versuch wurde die Kohlemühle bei in Betrieb befindlicher Zündvorrichtung gestartet; dann wurde der Kohleförderer eingeschaltet; der gesamte aus der Mühle kommende Strom wurde durch den Brenner geschickt. Wenn keine Zündung beobachtet wurde, wurde die Fördervorrichtung ausgeschaltet; man ließ die Mühle auslaufen. Der Kessel wurde zwischen jedem Versuch gespült. Bei dem vierten, fünften und sechsten Versuch wurde dasselbe Verfahren angewendet, mit der Ausnahme, daß man die von der Mühle kommende Kohle auch durch einen benachbarten Brenner strömen ließ. Zündung trat beim fünften und sechsten Versuch ein.

Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Versuch	(kW)	h	(kg/s)	(kg/s)	0,424	Ergebnis
Nr.	52	(MJ/kg)	1,13	4,99	0,562
1	72	10,77	1,13	4,99	0,538	keine Zündung
2	92	11,86	1,13	4,99	0,690	keine Zündung
3	56	8,00	0,50	2,15	0,709	keine Zündung
4	56	13,91	0,44	2,15	0/721	keine Zündung
5	56	13,91	0,39	2,15	Zündung
6	13,91			Zündung

*) Die Primärluft hatte Außentemperatur von 33 C.

Der Kohlebrenner, bei dem die obigen Zündversuche durchgeführt wurde, hatte eine Wärmenennleistung von 20MW; normalerweise wurde er unter Verwendung von Erdgas mittels eines Brenners gezündet, der eine Wärmeausgangsleistung von 38OkW (1,9% der Wärmenennleistung von 20MW) hatte. Die mittels Lichtbogen erhitzte Zündeinrichtung sorgte für eine Zündung mit Luft bei einer Wärmeausgangsleistung von 56 kW (0,28% der Wärmenennleistung von 20 MW). Es versteht sich, daß dies eine entscheidende Verbesserung darstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zünden von in einem Luftstrom suspendierter, pulverisierter Kohle, wobei der aus pulverisierter Kohle und Luft bestehende Strom mit einem heißen Zündgas in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter Druck stehendes Zündgas unter Bildung eines Wirbelstroms freigesetzt und mittels eines elektrisehen Lichtbogens derart auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, daß das freigesetzte Gas die Form eines heißen Hochgeschwindigkeitsgasstrahls annimmt

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Hochgeschwindigkeitsgasstrahl nach dem Zündvorgang mit dem Strom aus pulverisierter Kohle und Luft zwecks Stabilisieren der Kohle/Luft-Flamme und Verhindern eines