DE2931354A1

DE2931354A1 - Verfahren und einrichtung zur einfuehrung von brennstoff in das fliessbett eines verbrennungsofens

Info

Publication number: DE2931354A1
Application number: DE19792931354
Authority: DE
Inventors: June Tatebayashi; Kazuaki Yano
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1980-02-21
Also published as: US4284401A; DE7922063U1; DE2931354C2

Description

jggQGYO KABUSHIKI KAISHA ,Kobe-Shi, Hyogo-ken ,Japan

Verfahren und Einrichtung zur Einführung yon Brennstoff In das Fließbett eines Verbrennungsofens

Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungseinrichtungen wie Öfen und Kessel und Insbesondere auf eine Wirbel- oder Fließbett-Verbrennungseinrichtung, bei der die Verbrennung in einem Bett von- nicht brennbaren festen Teilchen stattfindet, während dasselbe durch aufsteigende Luftströme fluidisiert, das heißt flüßigkeltsähnlich aufgewirbelt : wird. Hierbei ,betrifft die Erfindung ein Verfahren 'sowie Hilfsmittel zur Einführung eines Brennstoffs in das Wirbelbzw. Fließbett einer derartigen Verbrennungseinrichtung.

Bei einem Fließbettofen für die Einäscherung von Abwässerschlämmen und wärmeerzeugenden industriellen Abfallstoffen, wie ζ-. B. Pech, Schlamm Altöl..., wird der zu verbrennende Stoff'in das Fließbett, zum Beispiel aus Quarzsand oder pulverisiertem Kalkstein, aus Brennern verschiedener Ausführungen und Anordnungen eingebracht. Der Brennstoff kann entweder der wärmeerzeugende Abfall selbst oder Schweröl, Leichtöl, fein verteilte Kohle oder Koks, natürliches oder hergestelltes Gas oder Kohle-Öl-Mischungen sowleV weitere Stoffe sein.

Ein Beispiel für Brenner, die bisher für den obigen Zweck verwendet wurden, ist der Düsenbrenner, der einen flüssigen Brennstoff in das Fließbett zwecks diffuser Verbrennung einsprüht. Der Düsenbrenner hat den Nachteil einer schnellen Überhitzung infolge der thermischen Spaltung des Brennstoffes und der Ansammlung von Kohlenstoff bis zur Verstopfung der Brennerdüse. Diese Schwierigkeiten treten bei einem anderen bekannten Brenner nicht auf, der den eingesprühten Brennstoff unter hohem Druck zerstäubt. Dieser und andere bekannte Brenner streben jedoch meistens eine elnwandfreine Einführung des Brennstoffs in das Fließbett

030008/0758

und nicht dessen wirksamste Verbrennung im Fließbett an.

Die Erfindung bezweckt eine "Verbesserung des Verbrennungs-Wirkungsgrades von Fließbett-Verbrennungseinrichtungen durch geeignete Einführung des Brennstoffs in das Fließbett.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Einführung von Brennstoff in eine Pließbett-Verbrennungselnrichtung, die ein auf einem Luftverteiler befindliches Bett fester Teilchen enthält. Dieses Verfahren ist nach dem Grundgedanken der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß Luft zur Aufwirbelung des Bettes durch den Verteiler in das Bett eingeblasen und zugleich ein Gemisch aus einem Brennstoff und Brennstoff-Trägerluft In das Fließbett eingeführt wird, wobei das Massenverhältnis der Zuführungsrate der Trägerluft zur Summe der Zuführungsraten von Wirbelluft und Trägerluft auf einen Wert in dem Bereich zwischen etwa 0.2 und etwa 0.6 eingeregelt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine hierfür geeignete Fließbett-Verbrennungseinrichtung, die gekennzeichnet ist durch einen Ofenschacht mit einem Luftverteiler am Fuß desselben, ein Bett fester Teilchen über dem Luftverteiler, Hilfsmittel zur Zuführung von Luft durch den Verteiler in das Bett zur Aufwirbelung desselben^ Hilfsmittel zur Regelung der Zuführungsrate der Wirbelluft, einen Brenner einschließende Hilfsmittel zur Zuführung eines Gemisches aus einem Brennstoff und Brennstoff-Trägerluft in das Bett und Hilfsmittel zur Regelung der Zuführungsrate der Trägerluft.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrads der Verbrennung das Mischen von Brennstoff und Luft innerhalb des Fließbettes, insbesondere an der Eintrittstelle des Brennstoffs gefördert werden muß. Hierzu ist eine Steigerung der Zuführungsrate der Trägerluft erforderlich. Da diese Luft im Fall der Erfindung nicht die Zerstäubung des Brennstoffs vorzunehmen braucht, kann der Luftdruck vergleichsweise niedrig gehalten werden.

030008/0758

DieZuführungsrate von Trägerluft-kann daher "beliebig gesteigert werden. "

Doch haben Versuche erwiesen, daß die Steigerung der Zuführungsrate der Trägerluft zu einer Abnahme der Konzentration an Kohlenmonoxid CO in der Emission der Verbrennungseinrichtung führt, dagegen zu einer Zunahme der Konzentration an emitierten Stickoxiden NO . Das Massenverhältnis der Zuführungsrate von Trägerluft zur Summe der Zuführungsraten von Trägerluft plus Wirbelluft soll daher in dem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0.6 liegen, weil in diesem Bereich die Konzentrationen der CO- und der NO -Emission beide verhältnismaßig niedrig sind. .

Für einen hohen Verbrennungs-Wirkungsgrad ist auch wichtig, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch in das Bett in einer Weise eingeführt wird, die seine Diffusion bzw. feine Verteilung durch das Bett hindurch erleichtert. Die Erfindung sieht daher einen Brennerkopf vor, der das Brennstoff—Luft-Gemisch in das Fließbett in Form von strudelbildenden Strahlen einbläst. . / .

Die Höhe des Einblaspunktes des Brennstoff-Luft-Gemisches in das Fließbett, über dem Verteiler gemessen, ist ebenfalls ein entscheidender Faktor für den Wirkungsgrad der Verbrennung. Dies hängt damit zusammen, daß die Beschaffenheit des Fließbettes sich mit dem Abstand vom Verteiler ändert. Das Gemisch sollte in einer solchen Höhe injiziert werden, daß der Brennstoff am wirksamsten verbrannt wird. Versuche haben gezeigt, daß diese; Höhe gewöhnlich etwa 50 Millimeter beträgt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in senkrechtem Schnitt einen teilweise ausgebrochenen ^; Aufriß eines Fließbettofens nach der Erfindung, Fig. 2 in größerem Maßstab einen Ausscnnrtt aus Fig. 1 mit den genauen Einzelheiten der Brenneranordnung nebst Zubehör, einschließlich eines Fließschemas für Brennstoff und Luft, Q30QQ8/0758

293135ft

Fig. 3 in einem noch größeren Maßstab einen Aufriß, teilweise im - Achsschnitt, des Brennerkopfes für den Brenner der Fig. 2, -

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3, in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. 5 einen Aufriß, teilweise im Achsschnitt, einer abgewandelten Ausführungsform des Brennerkopfes für den Brenner der Fig.2,

Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5, in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. 7 im Aufriß, teilweise im Achsschnitt, eine weitere Ausführungsform des Brennerkopfes,

Fig. 8 im Achsschnitt eine andere Ausführungsform des Brennerkopfes,

Fig. 9 im Achsschnitt noch eine andere'Ausführungsform der Brennerkopfes,

Fig.10 eine grafische Darstellung mit den Kurven der Konzentrationen der CO- und NO-Emissionen des Fließbettofens über dem Massenverhältnis der Zuführungsrate an Trägerluft zur Summe der Zuführungsraten an Wirbelluft plus Trägerluft für verschiedene Brennerköpfe, -

Fig.11 eine entsprechende grafische Darstellung miu den Kurven der Konzentrationen der CO- und W0„-Emissionen über dem Massenverhältnis der Zuführungsrate an Trägerluft zur Summe der Zuführungsraten an Wirbelluft plus Trägerluft für verschiedene Höhen des Brennerkopfes über dem Verteiler,

Fig.12 im Aufriß, teilweise in senkrechtem Schnitt, eine andere bevorzugte Ausführungsform der Brenneranordnung nach der Erfindung, mit dem Brennerkopf in seiner Betriebsstellung,

Fig.13 einen Querschnitt nach der Linie 13-13 in Fig» 12 in Pfeilrichtung gesehen,

Fig.14 eine der Fig. 13 entsprechende Ansicht, jedoch mit dem Brennerkopf in der eingezogenen Ruhestellung.

Fig. 1 und 2 zeigen die Erfindung in Anwendung auf einen Wirbelbzw. Fließbettofen für die Einäscherung bzw. Verbrennung zum Beispiel von Abfall- oder Altöl oder dergleichen, das dabei selbst als Brennstoff dient, sowie von Abwasserschlamm und anderen Stoffen, die für ihre Verbrennung einen Brennstoff benötigen.

030008/0758

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Fließbett ofen eine allgemein aufrechte JKoXonne bzw. einen Schacht 15 mit einem Luftverteiler 16, über dem ein Bett 17 aus unbrennbaren festen Teilchen vorgesehen ist. Die das Bett bildenden festen Teilchen können z.B. Quarzsand oder Äsche sein, oder können aus einem Entschwefelungsmittel wie Kalkstein oder Dolomit gewonnen sein. Die Tiefe des Bettes Λ1 liegt gewöhnlich zwischen TOOmm und 1500 am.

Ein Bereich des Ofenschachtes- 15 bildet eine Sammel- oder Druckkammer 19 unterhalb des Verteilers 16. Druckluftströme' werden aus der Druckkammer 19 in das Bett 17 durch'den Verteiler 16 hindurch eingeführt, um das Bett zu fluidisieren bzw. aufzuwirbeln, weshalb das Bett 17 auch als Fließbett bezeichnet wird. Die Druckkammer 19 weist eine Einlaßöffnung 20 für den Zutritt der Wirbelluft auf»

Senkrecht durch die Druckkammer 19» bis in das Fließbett hineinragend, erstreckt sich ein Brenneranordnung 21für die Einführung eines Brennstoffes, der mit Trägerluft gemischt ist, in das Fließbett. Die Brenneranordnung 21 ist auf-und abbewegbar, um den Längenanteil* mit dem sie über den Verteiler 16 hinaufragt, verschieden einzustellen. Im einzelnen ist die Brenneranordnung 21 nebst Zubehör unten mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. .

Der Ofenschacht 15 besitzt eine geeignete Einrichtung (nicht dargestellt), durch die Schlamm und andere einzuäschernde Stoff β in den Ofen und auf das Fließbett eingebracht werden. Abfallöl oder dergleichen, das eingeäschert werden soll, doch selbst als Brennstoff dienen kann, kann dem Ofen durch die Brenneranordnung 21 zugeführt werden. Die so in den Ofen eingebrachten Stoffe unterliegen einem raschen Verbrennungsprozess, indem sie von dem Fließbett Umgerührt und mit demselben gemischt werden. Im Ofenschacht sind ferner mehrere Sekundärluft-Einläße ausgebildet, durch die vorgewärmte Sekundärluft in den . Ofen gedrückt wird, um die Verbrennung

030008/0758

- ίο -■- 2931314

yer-vollstäncLigeru

Wie aus Fig. 2 Im einzelnen hervorgeht, weist die Brenneranordnung allgemein einen Rohrschaft bzw. ein Brennerrohr

24 auf, das J3ich gleitend durch den Verteiler 16 erstreckt, sowie einen Brennerkopf 25j der fest aber auswechselbar auf dem in das Fließbett 17 hineinragenden Kopfende angebracht ist. Die Ausbildungseinzelheiten des Brennerkopfes 25 sind an Hand der Fig, 3 und 4 näher beschrieben*

Das Brennerrohr 24 erstreckt sich unten durch den Boden der Durckkammer 19 und weiter gleitend durch eine stationäre Führungsanordnung 26, die in geeigneter Weise unter dem Ofenschacht 15 angebracht ist. Das Brennerrohr 24 sitzt an seinem unteren Ende teleskopisch über einer am Ende offenen Leitung 27 für Trägerluft und steht so in direkter Verbindung mit ihr. Die Leitung 27 weist ein Zweigleitung 28 auf, die über ein Regelventil 29 an ein Gebläse 80 angeschlossen ist. Gleichachsig im Innern der Leitung 27 verläuft mit beträchtlichem Spiel eine Brennstoffleitung 30, die an ihrem Kopfende eine Düsenspitze 31 trlgt. Die Brennstoffleitung 30 geht von dem geschloßenen unteren Ende der Luftleitung 27 aus und steht mit einer Brennstoffpumpe 32 oder einer gleichwertigen Einrichtung in Verbindung.

Somit wird der von der Pumpe geförderte und aus der Düsenspitze austretende Brennstoff mit der Druckluft aus der Leitung 27 gemischt. Das Brennstoff-Luft-Gemisch strömt durch das Brennerrohr 27 aufwärts und wird vom Brennerkopf

25 in das Fließbett 17 eingetragen, wie unten noch beschrieben wird. Ein Auf- und Zu-Ventil 33 ist vorgesehen, um die Leitung 27 für die Trägerluft und die Brennstoffleitung 30 nach Bedarf zu öffnen und zu schließen.

Von der erwähnten Führungsanordnung 26 ragen mehrere Führungsstäbe 34 nach unten, an denen ein Flansch 35 gleitend angreift, der an dem Brennerrohr 24 fest angebracht ist. Am Flansch 35 sind Kolbenstangen 36_von mit Druckmittel betätigten Zylindern 37 befestigt, die aufrecht an irgendeiner

030-0.0.8/0758

stationären Unterlage 38 angebracht sind.

Beim Ausstoßen und Einziehen der Kolbenstangen in den Zy-Iindern37 bewegt sich somit das Brennerrohr 24 samt dem Brennerkopf 25 in Bezug auf den eigentlichen Ofen auf und nieder, wodurch sich die Höhe H des Brennerkopfes über dem Verteiler 16 ändert. Der Zweck dieser Änderung der.Höhe H des Brennerkopfes 25 wird unten näher angegeben.

Das Brennerrohr 24 ist doppelwandig ausgeführt,,um einen Mantel 39 für Kühlwasser zu bilden. Der Mantel 39 besitzt einen Einlaß 40 für frisches Kühlwasser und einen Auslaß 41 für verbrauchtes Kühlwasser.

-*■

Im Innern der Druckkammer 19 umgibt eine Hülse 42 im Abstand das Brennerrohr 24, wobei ihr Kopfende am Verteiler 16 befestigt ist. Eine weitere Hülse von größerem Durchmesser, die vom Boden der Druckkammer 19 und von der Führungsanordnung 26 gehalten ist, umgibt ebenfalls lose das Brennerrohr 24 und das untere Ende der vorerwähnten Hülse 42. Außer seinem Durchtritt durch den Verteile^r 16 dringt die Wirbelluft aus der Druckkammer 19 auch in die Hülsen 42 und 43 durch den Spalt 44 zwischen denselben urü weiter durch den Spielraum 45 zwischen dem Verteiler 16 und dem: Brennerrohr 24. Die aufgewirbelten Bettpartikel werden so daran gehindert, in den Spalt 45 zu fallen.

Wie ferner aus Fig. 2 ersichtlich ist, fördert eine Leitung 46 Wirbelluft aus dem Gebläse 80 in die Druckkammer 19. Die Leitung46 enthält ein Regelventil 47 für die Einstellung der Fördermenge der Wirbelluft, die der Druckkammer 19 zugeführt wird. .

Wie aus den vergrößerten Darstellungen der Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, weist der Brennerkopf 25 ein hohles, zylindrisches Unter-bzw. Anschlußteil 48, eine konische Abdeckung 49 und eine Mehrzahl von Prallplatten 50 auf, die sich in ringförmiger Anordnung zwischen dem Unterteil und der Abdek— kung erstrecken und seitliche Äuslaßöffnungen für das Brenn-

030008/075»

2331354

stoff-Luft-Gemisch bilden.

Das hohle Anschlußteil 48 des Brennerkopfes 25 ist mit Innengewinde 51 versehen» das in ein entsprechendes Außerige- ·" winde am Kopfende des Brennerrohrs 24 eingreift. Dies er-., möglicht, den Brennerkopf 25 am Brennerrohr 24 bequem anzubringen und abzunehmen. ₍

Die Prallplatten 50 des Brennerkopfes 25 sind in konstanten Abständen in einem zum Brennerkopf 25 gleichachsigen Kreis angeordnet, wobei die einzelnen Prallplatten unter einem ' bestimmten Winkel in Bezug auf die Radialrichtung ausgerichtet sind. Da alle Prallplatten so angeordnet sind, wie im Querschnitt in Fig. 4 zu erkennen ist, erteilen sie dem aus dem Brennerkopf 25 austretenden Strahlen des Brennstoff-Luft-Gemisches eine Strudel- oder Drallbewegung. Diese strudelbildenden Strahlen des Brennstoff-Luft-Gemisches erfahren eine innige Mischung und Verteilung mit und in den Fließbettpartikeln und tragen so zu einer vollständigen Verbrennung der betreffenden Stoffe bei. Die Abdeckung 49 des Brennerkopfes 25 soll verhindern, daß die Fließbettpartikel in den Brenner fallen, besonders wenn kein Brennstoff-Luft-Gemisch in das Fließbett 17 eingeleitet wird.

Fig. 5 und 6 zeigen eine gewisse Abwandlung des Brennerkopfes 25. Dieser abgewandelte Brennerkopf 25a zeichnet sich durch Prallplatten 50a von größerer Dicke als diejenigen des Brennerkopfes 25 aus. Entsprechend der größeren Dicke der Prallplatten 50a fallen die Austrittsöffnungen des Brennerkopfes 25a kleiner aus und verleihen so den aus diesem austretenden Strahlen des Brennstoff-Luft-Gemisches eine größere Beschleunigung.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung anderer Arten von Brennerköpfen im Rahmen der weit gefaßten erfinderischen Lehre. Fig. 7 zeigt einen solchen Brennerkopf 25b, der ein hohles, mit Innengewinde versehenes zylindrisches Unterteil 48b sowie eine konische Abdeckung 49b aufweist, die das zylindrische Unterteil unmittelbar abschließt. In der konischen Abdeckung 49b ist eine Vielzahl von Löchern 52 von verhält-

030008/0758

V¹³ - 233135*

nismäßig kleinem Durchmesser und in geeigneter Anordnung für den Austritt der Strahlen des Brennstoff-Luft-"Gemisches ausgebildet,

In Fig.β ist eine andere abweichende Aisführung eines Brennerkopfes "25c gezeigt. Bei der allgemeinen Form eines Hohlzylinders ist der Brennerkopf 25c im unteren Bereich mit Innengewinde versehen, um als -Anschlußstück 48c zu dienen. Der zylindrische Hohlraum 53 im oberen-"Bereich des Brennerkopf es 25c dient dem Ausstoß des Brennstoff-Luft-Gemisches, Eine weitere Ausführungsform eines Brennerkopfes 25d gemäß Fig. 9 unterscheidet sich von dem Brennerkopf 25c lediglich darin, daß der Hohlraum-53a in seinem oberen.Bereich sich nach oben.".zu verjüngt, um den durchtretenden Strom des Brennstoff-Luft-Gemisches zu beschleunigen,

Im Betrieb des Fließbettofens der Fig. 1 und 2 wird das Fl osßbett 17 durdi die aus der Druckkammer 19 aufsteigenden Luftströme fluidisiert. Zugleich wird der zu verbrennende Brennstoff, der in_dem Brennerrohr 24 mit Trägerluft vorgemischt isb, durch diese mitgenommen und aus dem Brennerkopf 25 in das Fließbett 17 eingeblasen. Als Brennstoff kann irgendeiner der oben aufgeführten Stoffe verwendet werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Zuführungsrate der Trägerluft und ihre Geschwindigkeit die primären Faktoren sind, welche die Länge der aus dem Brennerkopf austretenden Strahlen des Brennstoff-Luft-Gemisches, die anfänglichen Gasblasendurchmesser in dem Fließbett und das Verhalten der Gas- und Bettpartikel in der Nachbarschaft des Brennerkopfes bestimmen. Ein hoher Wirkungsgrad der Verbrennung ergibt sich bei richtigem Umrühren des Fließbettes, besonders in der Nachbarschaft des Brennerkopfes, aus dem der Brennstoff ausgeblasen wird, sowie aus der richtigen Verteilung des eingeblasenen Brennstoffes. ·

In Verbindung mit dem Vorstehenden hat sich ergeben, daß für einen verbesserten Wirkungsgrad der Verbrennung die Rate G1, mit der die Trägerluft dem Ofen zugeführt wird, zweckmäßig proportional sein soll zu der Summe Gt der Rate

030008/07 58

G1 und der Rate G2, mit der die Wirbelluft dem Ofen zugeführt wird, Versuche wurden durchgeführt, um die Konzentrationen von CO und N0„ in der Emission des Ofens der Fig.. 1 und 2 zu bestimmen, wenn.er bei verschiedenen Werten des Verhältnisses G1/Gt arbeitet. Diese Konzentrationen der CO- und NO -Emission dienen als Maß für die Vollständigkeit bzw. den Grad der Verbrennung.

Bei den Versuchen wurde eine Mischung von Quarzsand und pulverisiertem Kalk als Fließbett.17 verwendet. Die Teilchengröße dieser Stoffe lag zwischeni .00 und 1.68 mm im Durchmesser und ihr Gesamtgewicht betrug 250 kg. Schweröl wurde als Brennstoff verwendet und mit einer Rate von 20kg/h zugeführt. Das Verhältnis von Gt zur Zuführungsrate der Luft, die theoretisch für eine vollkommene Verbrennung erforderlich ist, betrug 1.3 und das Fließbett hatte eine Temperatur von 850°C. Die verschiedenen getesteten Brennerköpfe wurden alle in einer Höhe von 50 mm über dem Verteiler 16 gehalten.

Fig. 10 gibt grafisch die Ergebnisse der Versuche wieder, , undzwar in Form von die Meßpunkte verbindenden Kurven der CO- und NO -Konzentrationen in ppm (parts per million) über dem Massenverhältnis G1/ Gt. In dieser grafischen Darstellung gibt die Kurve A die Kennlinie der CQ-Konzentration für den Brennerkopf 25 der Fig. 3 und 4 wieder, wenn jede Prallplatte 50 unter einem Winkel von 30° zur radialen Richtung des Kopfes angeordnet ist, und die Kurve A^! stellt die NO -Konzentrations-Kennlinie für denselben Brennerkopf dar. Die Kurve B gibt die Kennlinie der CO-Konzenträion für den gleichen Brennerkopf wieder, jedoch mit einem Winkel von 60^ojeder Prallplatte zur radialen Richtung des Kopfes, während die Kurve B' die NO -Konzentrations-Kennlinie für diesen Brennerkopf darstellt. Die Kurve C gibt die Kennlinie . derCO-Konzentration für den Brennerkopf 25 c der Fig. 8 wieder, dessen Auslaß 53 einen Durchmesser von 37,1 mm besitzt, und die Kurve C stellt die Kennlinie der NO -Konzentration

Jv

für diesen Brennerkopf dar. Die Kurve D gibt die Kennlinie

030008/075«

ν T - 15 - 2951354

der CO-Konzentration für einen Brennerkopf wieder, der dem Kopf 2$c gleicht, aber einen auf 20mm reduzierten Auslaßdurchmesser besitzt, und die Kurve D¹ stellt die Kennlinie der NO—Konzentration'für denselben Brennerkopf dar.

Bei Würdigung der Fig. 10 ergibt siGh, daß unabhängig von der Art des verwendeten Brennerkopfes die CO-Konzentration stark abfällt und die NO„*-Konzentration stetig ansteigt bei zunehmenden Werten des Verhältnisses G1/Gt. Je niedriger die CO- und NO„-Konzentrationen sind, desto vollständiger ist der Grad der Verbrennung. Da jedoch die CO-Konzentration das wichtigste Maß für die Vollständigkeit der Verbrennung ist, sollte das Verhältnis G1/Gt zwischen etwa 0.2 und 0.6, vorzugsweise zwischen etwa 0.4 und etwa 0.5 liegen. Der Fließbettofen der Fig. 1 und 2 ermöglicht eine"bequeme Einstellung dieses Verhältnisses mittels des Strömungsregelventils 29 in der Zweigleitung 28 der Leitung 27 für die Trägerluft und des Strömungsregelventils 47 in der Leitung 46 für die Wirbelluft.. /

Die grafische Darstellung der Fig. 10 zeigt ferner an, daß ■· insoweit die CO-Konzentration betroffen ist, die Brennerköpfe der Fig. 3 inid 4 (Kurven A und B) in allgemeinen denjenigen der Fig. 8(Kurven C und D) vorzuziehen sind. Ferner ist der Brennerkopf zur Kurve B (dessen Prallplatten einen Winkel von 60°mit dessen radialer Richtung bilden) dem Brennerkopf zur Kurve A vorzuziehen (bei dem jede Prallplatte einen Winkel von 30° mit dem Radius einschließt.

Ein anderer wichtiger Faktor, der den Wirkungsgrad der Verbrennung in dem Fließbettofen der Fig. 1 und 2 beeinflußt^ ist die Höhe H des Brennerkopfes über dem Verteiler 16. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Verhaltensweise der Fließbettpartikel und Gase sich mit dem Abstand vom Verteiler ändern. Versuche wurden durchgeführt, um die optimale Höhe H des Brennerkopfes aus den Konzentrationen der CO- und NO -Emissionen des Ofens bei verschiedenen Werten des Verhältnisses G1/Gt ausfindig zu machen. Bei diesen'Versuchen

03Ö008/07S8

wurde der Brennerkopf 25 der Fig. 3 und 4 verwendet, bei dem jede Prallplatte einen Winkel von 30°mit der radialen Richtung bildet. Die Tiefe des Fließbettes betrug annähernd 1,000mm. Die übrigen Bedingungen waren dieselben, wie bei den zuvor in Verbindung mit Fig. 10 erläuterten Versuchen.

Fig. 11 stellt grafisch die Ergebnisse der Versuche dar, und zwar in Form von Kurven der CO- und MJ -Konzentrationen in ppm über dem Massenverhältnis Gi/Gt. Die Kurven E und E' dieser grafischen Darstellung geben die Kennlinien der CQ- bzw. NO -Konzentration wieder, die für den Brennerkopf 25 typisch sind, wenn H=20mm beträgt. Die Kurven F und F' geben die Kennlinie der CO-bzw NO -Konzentration wieder, wennH=50mm ist. Die Kurven G und G' geben die Kennlinie der CO- bzw.. NO -Konzentration wieder, wenn H=100mm beträgt.

Für H=20mm ist die CO-Konzentration ein Minimum (Kurve E) aber die NO -Konzentration ein Maximum (Kurve E')· Wenn andererseits die Höhe H=100mm beträgt, ist die NO Konzentration ein Minimum (Kurve G¹)j aber die CO-Konzentration ein Maximum(Kurve G). Gewöhnlich sollte daher H etwa 50mm betragen.

Ähnliche Ergebnisse wie diejenigen der Fig. 11 können erhalten werden, wenn die Prallplatten 50 des Brennerkopfes unter anderen Winkeln als 30°ausgerichtet sind. Bei dem Fließbettofen uer Fig. 1 und 2 ist die Höhe H einstellbar gemacht, weil deren genauer Wert Änderungen unterworfen ist, die von der Art deß verwendeten Brennerkopfes und von der Wärmebelastung des Ofens sowie anderen Arbeitsbedingun-gen abhängen.

Fig. 1?, 13 und 14 zeigen einen anderen bevorzugten Aufbau des Fließbettofens oder der Verbrennungseinrichtung der Erfindung, einschließlich einer abgewandelten Brenneranordnung 60 mit Zubehör. Die übrigen Teile des Ofens können im wesentlichen mit denjenigen des Ofens der Fig. 1 und 2 identisch sein, weshalb manche solcher Teile mit den gleichen Bezugszahlen verjKhen sind wie sie zur Bezeichnung der ent-

030008/0758

_ _π_ 2331354

sprechenden Teile in Fig* 1 und 2 verwendet sind, und Ie-. diglich durch/Anhängen des Buchstabens a kenntlich gemacht sind,. .

Gemäß Fig. 12 umfaßt die Brenneranordnung 60 allgemein ein Brennerrohr 61-, das sich senkrecht durch den Verteiler 16 erstreckt, für die Einführung eines Brennstoff-Luft-Gemisches in das Fließbett 17a, sowie einen Brennerkopf 62, der mit Gleitsitz im offenen Ende des .Brennerrohrs, das in .das Fließbett hineinragt, angeordnet 1st^ Das Brenn&rrohr 61 erstreckt sich abwärts durch den Boden der Druckkammer 19a und ist am unteren Ende 63 ,geschloßen. Eine Brennstoff-Luft-Leltung 54 mündet in das nach unten ragende Ende des Brennerrohres 61, zur Beschickung desselben mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch in der zuvor in Verbindung mit Fig, 2 erläuterten "Weise.

Wie aus dem Querschnitt des Brennerkopfes 62 in Fig. 13 ' ersichtlich ist, ist der bei dieser Ausführungsform verwendete Brennerkopf 62 im wesentlichen der gleiche wie er in Fig ^ 3 und h gezeigt ist. Der Brennerkopf 62 weist eine flache Bodenplatte 65 mit einem zentralen Loch 66 auf, ferner eine konische Abdeckung 67 mit einem nach unten gerichteten ringförmigen Rand 68 sowie eine Vielzahl von Prallplatten in allgemein ringförmiger Anordnung, die sich senkrecht zwischen der Bodenplatte 65 und der Abdeckung 67 erstrecken. Die Prallplatten 69 sind in konstanten Abständen in einem zum Brennerkopf gleichachsigen Kreis angeordnet, so daß seitliche Auslaßöffnüngen für das Brennstoff-Luft-Gemisch gebildet werden. Ferner sind die Prallplatten 69 sämtlich unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die entsprechenden radialen Richtungen des Brennerkopfes ausgerichtet, um den aus dem Kopf austretenden Strahlen des Brennstoff-Luft-Gemisches eine Strudel-bzw. Drallbewegung zu verleihen.

Die Ausbildung des Brennerkopfes zur Verwendung bei der Anordnung der Fig. 12 ist nicht auf die Darstellung beschränkt. Bei einer möglichen Abwandlung hat der Brennerkopf

03QO&8/O758

- 1B -

die.Form eines Hohlzylinders mit einer Vielzahl von Löchern geeigneter Größe und Lage, die in seiner Oberfläche ausgebil-

Der Brennerkopf 62 ist bei dem Ausführungsbeispiel mit seiner Bodenplatte 65 über ein Zwischenstück 70 mit dem "Kopfende einer Stellstange 71 verbunden, die gleichachsig durch das Brennerrohr 61 verläuft und aus dem geschloßenen Ende desselben nach unten herausragt "und am anderen Ende drehbar in einem Lagerblock 72 gehalten ist. Qie Stellstange 71 ist mit einem Gewinde 73 versehen, das in ein entsprechendes Innengewinde einer Führungshülse 74 eingreift, die an das Ende 63 des TSrennerrohres 61 angeformt ist. Ein Schneckenrad 75, das auf der Stellstange 71 versplintet ist, kämmt mit einer Schnecke 76 auf der Ausgangswelle 77 eines Reversiermotors 78. Somit kann durch die Drehung des Motors 78 der Brennerkopf 72 relativ zum Brennerrohr nach oben und unten bewegt werden. Stattdessen kann die Stellstange 71 unmittelbar durch einen Druckmittelzylinder bewegt werden.

Während des normalen Betriebs des Fließbettofens wird der Brennerkopf 62 in einer Arbeitsstellung gehalten, wie sie in Fig. 12 gezeigt Ist, in der die Wirbelstrahlen des Brennstoff-Luft-Gemisches mit geeigneter Geschwindigkeit in '_ das Fließbett 17a eingeführt werden. Beim Abnehmen beispielsweise der Zuführungsrate des zu verbrennenden Brennstoffes . kannfiie Zuführungsrate der Trägerluft entsprechend gesenkt werden. Zugleich kann der Motor 78 in Drehung versetzt werden in derjenigen Richtung, die ein Senken des Brennerkopfes 62 in dem Brennerrohr 61 bewirkt, wodurch eine Abnahme der gesamten Wirkfläche der Auslaßöffnungen des BrennerkoPies 62 verursacht wird.

Der Motor 78 wird gestoppt, wenn die totale wirksame Fläche der Brennerkopföffnungen in einem solchen Ausamß abnimmt, daß die Geschwindigkeit der aus ihm austretenden Strahlen . des Brennstoff-Luft-Gemisches unverändert bleibt, trotz der abnehmenden Zuführungsrate der Trägerluft. Es ist so möglich, die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches aus dem Brennerkopf 62 konstant zu halten, trotz Ände-

030008/0758

rungen in der Zuführungsrate des Gemisches. , " _" . _ " "

Bei Beendigung einer geplanten Arbeitsphase des Ofens oder wenn die Zufuhr der Trägerluft unterbrochen werden muß wegen einer Störung, wie etwa der Verstopfung der Brennstoffleitung, wird der Motor 78 betätigt, um ein völliges Absenken des Brennerkopfes 62 in das Brennerrohr 61 zu bewirken, wie in Fig. 14 gezeigt ist. In dieser tiefsten oder eingezogenen Stellung des Brennerkopfes sind seine Auslaßöffnungen vollständig durch das Brenner rohr 61 ver^:.· schlossen und ferner ist der abwärts gerichtete Rand 68 seiner Abdeckung 67. über das Brennerrohr gestülpt. Diev"wirbelnden Fließbettpartikel sind so daran gehindert, in den Bren.-. nerkopf 62 oder in das Brennerrohr 61 zu fallen.

Obwohl die Erfindung in Anwendung auf einen Fließbett- oder Einäscherungsofen dargestellt und beschrieben ist, kann die Erfindung ohne weiteres bei anderen Fließbett-Verbrennungseinrichtungen angewendet werden. Im übrigen stellt der beschriebene Aufbau lediglich ein Ausführungsbeispiel dar, das auf Grund fachmännischen Könnens mannigfache Abwandlungen und Änderungen im Rahmen der Erfindung erfahren kann. Beispielsweise braucht bei der dargestellten Äusführungsform des Fließbettofens der Verteiler nicht unbedingt gelocht zu sein, vielmehr kann die Wirbelluft in das Fließbett durch geeignete Düsen eingeführt werden, die den. Verteiler durchsetzen.

030008/0758

ZO .

Leers ei te

Claims

KAWASAKI JUKÖGYO KABUSHIKI KAISHA, Kobe-Shi, Hyogo-Ken, Japan

Patentansprüche

( 1VVerfahren zur Einführung von Brennstoff in eine« FIießniiett-Verbrennungseinrichtung, die ein auf einem Luftverteiler befindliches Bett fester unbrennbarer Teilchen enthält,

dadurch gekennzeichnet,

daß Luft zur Aufwirbelung des Bettes durch den Verteiler in das Bett eingeblasen und zugleich ein Gemisch aus einem Brennstoff und Brennstoff-Trägerluft in jdas Bett eingeführt wird, wobei das Massenverhältnis der Zuführungsrate der Trägerluft zur Summe der Zuführungsraten von Wirbelluft und Trägerluft auf einen Wert in dem Bereich von etwa 0.2 bis 0.6 eingeregelt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gemisch aus Brennstoff und Trägerluft in das Fließbett aus einem Brennerkopf eingeführt wird, der etwa 50 Millimeter über dem Verteiler angeordnet ist.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch g e k e η η zeich η et,

daß das Gemisch aus Brennstoff und Trägerluft in das Fließbett in Form von strudelbildenden Strahlen eingeführt wird.

030008/0758

₂_ 29313S4
4) Fließbett-Verbrennungseinrichtung, -

gekennzeichnet durch einen Ofenschacht (15) mit einem Luftverteiler (16) am Fuß desselben, ein Bett (17) fester Teilchen über dem Verteiler, Hilfsmittel (80, 46) zur Zuführung von Luft durch den Verteiler in das Bett zur Auf wirbelung desselben, Hilfsmittel (47) zur Regelung der Zuführungsrate der Wirbelluft, einen Brenner· einschließende Hilfsmittel (90, 28, 21) zur Zuführung eines Gemisches aus einem Brennstoff und Brennstoff-Trägerluft in das Bett und Hilfsmittel (29) zur Regelung der Zuführungsrate der Trägerluft.
5) Fließbett-Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 4,

dad urch gekennzeichnet, daß der Brenner (21) ein der Förderung des Brennstoff-Luft-Gemisches dienendes Brennerrohr (24) aufweist, das sich aufwärts durch den Verteiler hindurch in das Fließbett erstreckt und auf dem im Fließbett befindlichen Kopfende einen Brennerkopf (25) für das Einführen des Gemisches in das Bett trägt.
6) Fließbett-Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkopf (25) ein mit dem Brennerrohr (24) verbundenes hohles Unterteil (48), eine Abdeckung (49) sowie eine Vielzahl von Prallplatten (50 ) aufweist, die allgemein in Ringform angeordnet sind und sich zwischen dem Unterteil und der Abdeckung erstrecken, so daß sie seitliche Austrittsöffnungen für das Brennstoff-Luft-Geraisch bilden, wobei die einzelnen Prallplatten (50) unter einem bestimmten Winkel zur Radialrichtung des Brennerkopfes ausgerichtet sind, so daß sie das Brennstoff-Luft-Gemisch in das Bett in Form von strudelbildenden Strahlen eintreten lassen.

030008/0758
7) Fließbett-Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (48) des Brennerkopfes (25) auf das ; Brennerrohr aufgeschraubt ist.
8) Fließbett-Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsmittel (37 > 35) zur Höhenverstellung des Brenners (21) relativ zum Verteiler (16) vorgesehen sind, derart daß der Brennerkopf (25) in eine für die Verbrennung optimale Höhe über dem Verteiler einstellbar ist» '--
9) Fließbett-Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5»

dadurch gek e η η ζ e ic h η e t, daß der zahlreiche seitliche Öffnungen zum Ausblasen des Brennstoff-Luft-Gemisches aufweisende Brennerkopf (62) am Kopfende des Brennerrohres (61) gleitend geführt ist und Hilfsmittel (71, 74, 75, 76, 78) für'die Höhenverstellung des Brennerkopfes relativ zum Brennerrohr vorgesehen sind, die einerseits die wirksame Gesamtfläche der Auslassöffnungen des Brennerkopfes der Zuführungsrate des Brennstoff-Luft-Gemisches anzupassen und andererseits die Auslassöffnungen des Brennerkopfes völlig durch das Brennerrohr zuzudecken gestatten.
10) Fließbett-Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkopf (62) eine Bodenplatte (65) mit einem darin ausgebildeten Loch (66), eine Abdeckung (67) und eine Vielzahl von Prallplatten (69) aufweist, die allgejnein ringförmig angeordnet sind und sieh zwischen der· Bodenplatte und der Abdeckung unter Bildung von seitlichen Auslassöffnungen erstrecken, wobei die einzelnen Prallplatten (69) unter einem bestimmten Winkel relativ zur Radial-

030008/0758

richtung des Brennerkopfes ausgerichtet sind und so das Brennstoff-Luft-Gemisch in das Bett in Form von strudelbildenden Strahlen eintreten lassen. ' '
11) Fließbett-Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeic h η et, daß die Abdeckung (67) des Brennerkopfes (62) einen nach untenabstehenden Rand (68) aufweist, der über das Kopfende des Brennerrohres (61) greift, -wenn der Brennerkopf vollständig in das Brennerrohr eingezogen ist.

030008/0758