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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gebläsebrennervorrichtungen
und betrifft insbesondere Brenner, die zur Verbrennung von mehreren Brennstoffarten
bei einer gemeinsamen bzw. getrennten Feuerführung bestimmt sind.
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Die Erfindung kann in Dampferzeugern und Ofen ihre Anwendung finden,
in denen mehrere Brennstoffarten, einschlieX-lich der Schwachgass vom Typ Hochofengase
verfeuert werden, um eine hochwirksame Brennstoffverwertung zu gewährleisten.
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Im Zusanunenhang mit der starken Teuerung der fossilen organischen
Brennstoffarten stellt deren teilweise Ersetzung durch sekundäre Energiequellen
ohne Senkung der Wirtschaft lichkeit der Verbrennung derselben ein aktuelles Problem
in allen industriell entwickelten Ländern dar.
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Es sind Brennervorrichtungen zur Verbrennung von nach ihren wärmephysikalischen
Kennwerten unterschiedlichen festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffarten bekannt,
die konzentrische Ringkanäle fiir die Luft- und Brennstoffzuführung enthalten (S.
z.B. das Buch von SpeJscher W.A., Gorbanenko A.1).
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"Erhöhung der Wirksamkeit der Verwertung von Gas und Heizöl in Energieanlagen",
M. "Energie", 1974, S. 20d; das von Maslow W.I. "Betrieb von Kesselaggregaten im
Eisenhüttenwesen", M. "Energie", 1965, S. 296 ; das Buch von Wnukow A.K.
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"Betriebszuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Kessel für Gas
und Heizöl", M. "Energie", 1966, S. 368) Zur Zeit gestatten es eine Konstruktionen
von Brennern, verschiedene Brennstoffarten bei gemeinsamer bzw. getrennter Zuführung
hochwirksam zu verbrennen, wodurch die Brennstoffverwertung verbessert wird; es
wird
auch ermöglicht, beim Zusetzen von Schwachgasen die Bildung von Stickstoffoxyden
wesentlich zu vermindern.
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Es ist ein Brenner zur Verbrennung von Gasen mit unterschiedlichem
Heizwert bekannt, der konzentrisch angeordnete Ringkanäle für die Zuführung von
Hochofengas (einen peripheren Kanal), Luft und einem Starkgas aufeinanderfolgend
in der Richtung zum Zentrum hin enthält (S.z.B. die DE-PS Nr.
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I06U082, Kl. 24 C, I0). Bei diesem Brenner ist der Ausgangsabschnitt
des peripheren Kanals mit einem Konfusoraufsatz versehen, wobei der Durchmesser
des Austrittsquerschnittes des KonRusors größer als der Durchmesser eines innerhalb
dieses Konfusors angeordneten Luftkanals ist, während die Ausgangsenden aller Kanäle
in einer Ebene liegen.
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Einer der Nachteile des Brenners dieser Konstruktion besteht darin,
das die Intensität der Bildung eines Hochofengas-Luft- Gemisches nicht ausreichend
ist, und durch eine intensive Beheizung des Austrittsabachnittes des peripheren
Kanals für Hochofengas durch strahlung bei dessen Abschaltung die Betriebszuverlässigkeit
herabgesetzt wird.
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Es ist ein Brenner bekannt, der einen peripheren Ringkanal mit Achsialschaufel-Wirbelung
im Austrittsteil sowie innerhalb dieses Kanals und konzentrisch zu diesem angeordnete
Kanäle für Luft- und Kohlenstaubzuführung enthält (S.z.B. SU-Urheberschein Nr.191?34,
F 23 D I?/00, I967). Der zylindrische Austrittsteil des peripheren Kanals für Hochofengas
ist bei diesem Brenner größer als der Durchmesser des mittleren Luftkanals mit in
diesem angeordneten Erdgas- und flochofengasrohren.
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Zu den Nachteilen des kombinierten Brenners von
diesem
Typ gehören eine nicht ausreichende Wirksamkeit der Gemischbildung und eine intensive
Beheizung der Austrittsteile des Kanals für Hochofengas bei dessen Absohaltung.
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Eine der Ursachen für die genannten Nachteile bilden die parallele
Entwicklung der Ringströme von Hochofengas und Luft unter den Bedingungen einer
praktischen Gleichheit der Geschwindigkeiten sowie das Fehlen einer Abkühlung des
Peripherieteils des Brenners, wenn die Hochofengaszuführung abgeschaltet ist. Die
Winkel der Flammenstrahlung auf die nicht gekühlten zeile sind groß genug, um eine
Überhitzung derselben bei realen Wärmeströmungen von der Eigenflamme und von den
Flammen der benaohbarten Brenner infolge der Differenz zwischen den Durchmessern
der Kanäle für Hochofengas und Luft hervorzurufen.
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Es ist auch ein Brenner bekannt, der koaxial angeordnete Kanäle enthält,
und zwar: einen Kanal für die Sekundärluft und,koaxial zu diesem angeordnet, einen
Kanal für Starkgas und einen Kanal für die Primärluft. Dabei dient die zylindrische
Außenwand des Kanals für Starkgas als Innenwand des Kanals für die Sekundärluft,
während die ebenenfalls zylindrieche Innenwand als Außenwand des Kanals für das
Luftgemisch dient (S. z.B. Talibshanow Z.S., Golowanow A.W." Umkehrbare Brenner
mit einer regelbaren Flamme zur Verbrennung von Brennstaub, Gas und Heizöl", im
Aufsatz " Verwertung von Gas in der Volkswirtschaft", M.WNIIE (Unions-Forschungsinstitut
für Ehergiewirtschaft) Gasprom, 1975, S.3-I2).
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Ein solcher Brenner gewährleistet eine wirksame Verbrennung von festen
Brennstoffen unveränderlicher Zusaemensetzung bei einer gemeinsamen bzw. getrennten
Feuerführung
mit Brenngasen.
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Zu den Nachteilen einer solchen Brennerkonstruktion gehört eine Verschlechterung
der Verbrennungsdaten, wenn die tatsächliche @ Zusaramensetzung des festen Brennstoffes
von der berechneten Zusarnulensetzung bedeutend abweicht.
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Bei einer längeren Verbrennung des abreibenden Staubes eines festen
Brennstoffes findet außerdem ein Verschleiß der zwischen den Kanälen für das Luftgemisch
und für Starkgase vorhandenen Trennwand statt, und als Folge wird die Explosionsgefahr
erhöht.
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Zweck der vorliegenden erfindung ist die Beseitigung der oben genannten
Nachteile und eine Vereinheitlichung der Brenner für einen festen Brennstoff, eine
Erhöhung der Wirksamkeit der gemeinsamen bzw. getrennten Verbrennung von verschiedenen
Brennstoffarten sowie eine Steigerung der Betriebszuverlässigkeit des Brenners.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennerkonstruktion
zu entwickeln, die eine höhere Betriebszuverlässigkeit der Austrittsteile gewährleistet
sowie die Explosionsgefahr das Brenngases dadurch beseitigt, daß die Wahrscheinlichkeit
für das Eindringen von Brenngas in das System der Staubaufbereitung durch eine Änderung
der Anordnung der Brennerbauteile sowie durch deren Montierung in festgelegten,
gegenseitig abhängigen Abständen ausgeschlossen wird.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Brenner,
der konzentrische angeordnete Schüsse enthält, welche Ringkanäle bilden, und zwar:
einen peripheren Kanal für Schwachgas, einen mittleren Kanal für die Sekundärluft,
der
mit zusätzlichen Schüssen versehen ist, welohe einen Ringkanal für Starkgas bilden,
einen Zentralkanal für das Luftgemisch, erfindungsgemäß der Kreis des mittleren
Durchmessers des Ringkanals für Starkgas im Austrittsquerschnitt eine zentrale Zone
begrenzt, die 0,38 + 0,5 der Gesamtfläche des Austrittsquerschnittes des Brenners
beträgt, und die Äußenschüsse des peripheren und des mittleren Kanals mit Konfusoraufsätzen
versehen sind, deren kleinste Durchmesser gleich sind.
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Der Abstand zwischen den Stirnflächen der Konfusoraufsätze beträgt
zweckmäßigerweise 0,3+O,6 der Größe der Minimal durchmesser derselben.
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Sinne solche Brennerkonstruktion gestattet es, den Starkgasstrom
von dem Luftgemischstrom bei dessen Verbrennung durch einen Luftstrom zu trennen;
dadurch werden der Grad der Mehrbelastung des Kernbereiches einer Kohlenstaubflamme
durch die Verbrennungsprodukte vom Starkgas vermindert und ein vollständiger Kohlenstaubausbrand
unter den Verhältnissen einer gemeinsamen Verbrennung mit Starkgas gewährleistet.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen: Fig.
I die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Brenners im Längsschnitt; Fig. 2 den
Schnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 1.
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Der erfindungsgemäße Brenner weist konzentrisch angeordnete und Kanäle
von außen be;renzende Schüsse wie folgt auf: einen Schuß I eines peripheren Kanals
für ein Schwachgas * ; einen Schuß 2 eines mittleren Kanals für die Sekundär-+ Schwachgas:
wenig kalorienreiches Gas; Starkgas: hoch kalorienreiches Gas
luft;
einem Schuß 5 eines Kanals für ein Starkgas; einen Schuß 4 eines Kanals für die
Primärluft oder ein Luftgemisch; einen Schuß 5 eines Rohres für die Anordnung eines
Heizölzerstäubers und einen Schuß 6, der den Kanal für das Starkgas von innen begrenzt.
Die genannten Kanäle sind mit Zuleitungsstutzen, und zwar: einem Stutzen 7 für ein
Schwachgas, einem Stutzen 8 für ein Starkgas, einem Stutzen 9 für die Primär-Luft
oder ein Luftgemisch, einem Stutzen I0 für die Sekundärluft verbunden, der mit einem
Sperr- und Regelkanal li zur Regelung des Sekundärluftstromes im Kanal zwischen
den Schüssen 2 und 3 sowie mit einem Kanal 12 zur Regelung des Sekundärluftstromes
im Kanal zwischen den Schüssen 4 und 6 versehen ist.
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Der Schub 1 des peripheren Kanals ist mit einem Konfusoraufsatz 13
versehen, während der Schuß 2 des mitleren Kanals einen Konfusoraufsatz 14 aufweist.
Der Minimaldurchmesser d1 des Konfusoraufsatzes 13 ist dem Minimaldurchmesper d2
des Konfusoraufsatzes 14 gleich, und der Abstand zwischen den Stirnflächen der Aufsätze
13 und 14 wird so gewählt, daß er 0,3e 0,6 der Minimaldurchmesser der genannten
Aufsätze beträgt.
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Die Schüsse 3 und 6 (Fig.2) sind derart angeordnet, daß der Kreis
des mittleren Durchmessers D des durch diese Schüsse gebildeten Kanals für Starkgas
die mittlere Zone mit einer Fläche, die 0,38* 0,5 der Fläche des Gesamtaustrittsquereschnittes
des Brenners ausmacht, begrenzt.
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Der Brenner hat folgende Arbeitsweise.
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In den Kanal, der von außen durch den Schuß I und den Konfusoraufsatz
13 und von innen durch den Konfusoraufsatz I4
begrenzt ist, wird
über den Stutzen 7 ein Schwachgas zugeführt. Die Sekundärluft tritt in den zwischen
den Schussen 2 und 3 angeordneten Kanal durch den Stutzen 10 über das Sperr- und
Regelventil II ein. Bin anderer Teil der Sekundärluft tritt aus dem Stutzen 10 in
den zwischen den Schüssen 4 und 6 angeordneten Kanal über das Sperr- und Regelventil
12 ein. Das Luftgemisch oder ein Teil der Luft, die für die Verbrennung notwendig
sind, werden in den zwischen den Schüssen 4 und 5 angeordneten Kanal durch den Stutzen
9 zugeführt, der bei Notwendigkeit mit einem Sperr- und Regelventil oder mit einem
Leitapparat versehen wird; das Starkgas wird in den durch die Schüsse 3 und 6 gebildeten
Kanal durch den Stutzen 8 zugeführt, der an eine itohrleitung mit einer Armatur
(in Fig. nicht wiedergegeben) angeschlossen wird, die außerhalb des Brenners angeordnet
ist.
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Der Vorgang der Gemischbildung von Schwachgas mit einem Teil der
Sekundärluft findet auf einer Strecke statt, deren Länge 0,3 @ 0,6 des Mindestdurchmessers
der Konfusoraufsätze 17 und 14 beträgt, und er wird durch die Entwicklung einer
gegenseitigen Kreuzung von Luft- und Schwachgaskegeln intensiviert, die durch den
Konfusoraufsatz 13 und die Äustrittsstirnfläche des Konfusoraufsatzes 14 gebildet
sind. Dadurch, daß die Minimaldurchmesser d1 und d2 der Konfusoraufsätze 13 und
14 gleich sind, wird der resultierende Strom durch die Austrittsstirnflache des
Konfusoraufsatzes 13 zusatzlich zasamnengedrüokt, was zu einer Intensivierung der
Gemischbildung beiträgt.
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Außerdem gewährleistet die Gleichheit der Durchmesser d1 und d2 eine
konvektive Wärmeabfuhr von den Austrittsteilen
des Kanals für
Schwachgas sogar bei dessen Abschaltung.
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Bei der Verbrennung von Kohlenstaub tritt der im Ringkanal zwischen
den Schüssen 4 und 5 gebildete Luftgemischstrom in die Zone der Gemischbildung mit
der Sekundärluft dem Kanal für das ein. Da zwischen ihm und Starkgas ein Luftstrom
vorhanden ist, werden ein eindringen des Gases in die Staubleitung und in das System
der Staubaufbereitung sogar bei beachtlichen Beschädigungen des Schusses 4 durch
Abrieb ausgeschlossen und die Zuführung von durch Gasverbrennungsprodukte nicht
belasteter Sekundärluft zu dem Kernbereich der Kohlenstaubflamme gewährleistet.
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Das forhandensein eines Kanals zwischen den Schüssen 4 und 6 gestattet
es, bei einer Änderung der Zusammensetzung der zu verbrennenden Kohle sogar in beachtlichen
Grenzen ein optimales Verhältnis der Geschwindigkeiten des Luftgeuiisches und der
bekundärluft zueinander in der Berührungszone derselben bezogen auf die Ausbrandverhältnisse
eines neuen Festen brennstoffes durch eine Umverteilung des bekundärluftveibrauches
mittels der Sperr-und Regelventile 1-1 und I2 zwischen dem Kanal, der durch die
Schüsse 4 und 6 gebildet ist, und dem Kanal, der durch die bchüsse 2 und 3 gebildet
ist, aufrechtzuerhalten.
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Dabei wird das auf dem Berechnungswege ermittelte Verhältnis der
Fläche der mittleren Zone, die das Rohr zur Aufnahme eines Zerstäubers, den Zentralkanal,
den zwischen den schüssen 4 und 6 vorgesehenen Luftspalt, sowie auch die Ringfläche
von der Außenoberfläche des Schusses 6 bis zum Kreis D des mittleren Durchmessersdes
Ringkanals für
Starkgas umfaßt, zu der Gesamtfläche des Austrittsquerschnittes
des Brenners benutzt. Für Brenner mit unterschied: chem Hülsenverhältnis (das Verhältnis
des Außendurchmessers des Rohres zur Aufnahme eines Zerstäubers und zu dem Innendurchmesser
des Schusses 4) bewegt sich das genannte Verhältnis der Flächen zueinander in einem
Bereich von O,3d+ + 0,5 und gewährLeistet die Zuführung einer für einen voll-Ständigen
Ausbrand des festen Brennstoffes aus@eichenden Sekundärluftmenge in den Kernbereich
der Kohlenstaubflamme.
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Eine solche Luftumverteilung ist zu demseloen Zweck auch bei einer
Änderung des Verhältnisses der im Brenner zu verbrennenden Brennstoffarten zueinander
notwendig.
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Eine gemeinsame Verbrennung von verschiedenen Brennstoffarten in
einem Brenner verbessert die Brennstofverwertung, vereinfacht die Betriebs- und
Einrichtarbeiten uiM ermöglicht, bei der Verbrennung einer bestimmten Menge von
Schwachgasen, z.B. einem H@chofengas, im Brennstoffgemisch die Bildung von Stickstoffoxyden
zu vermindern.
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Durcn die Verwendung der erfindungsgemäßen Brennerkonstruktion wird
die Zahl der im Brenner verbrenndaren Brennstoffarten erweitert und die wirksamkeit
der Verbrennung derselben bei einer gemeinsamen und getrennten Feuerführung bei
Steigerung der Betriebszuverlässigkeit und -sicherheit der brennstol'fverbrauchenden
Anlagen sowie der Brennstoffaufbereitungssysteme erhöht.
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Durch das Zusetzen von Schwachgasen vom Typ Hochofengas wird es möglich,
ohne Verschlechterung der anderen Verbrennungsdaten die Bildung von Stickstoffoxyden
in den Verbrennungsprodukten zu vermindern.
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L e e r s e i t e