DE3133204A1

DE3133204A1 - "verbrennungs-vorrichtung"

Info

Publication number: DE3133204A1
Application number: DE19813133204
Authority: DE
Inventors: John Dennis Wareham Dorset Raybould
Original assignee: Hamworthy Engineering Ltd
Current assignee: Hamworthy Engineering Ltd
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-04-22
Also published as: SE8104982L; DK372381A; NO812830L; FI812578L; FR2488977A1; NL8103929A; AU7440881A; GB2085575A

Description

VERBRENNUNGSVORRICHTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsvorrichtung, insbesondere für die Verbrennung von pulverisiertem Festbrennstoff.

Aus Gründen der Bequemlichkeit und wegen der Möglichkeit der einfachen und wirkungsvollen Regelung ist heute der Einsatz von Flüssigbrennstoffen, insbesondere von Gas und Heizöl, bei Kesselanlagen und in anderen Verbrennungsanlagen stark verbreitet. Die verfügbaren Vorräte an diesen Brennstoffen sind jedoch begrenzt. Kohle und andere Feststoffe stehen in wesentlich größeren Mengen zur Verfügung als öl und Erdgas, weshalb davon auszugehen ist, daß der Einsatz von Festbrennstoffen wachsen wird.

Der übergang von Flüssigbrennstoffen auf Feststoffe wird leichter und reibungsloser vonstatten gehen, wenn die vorhandenen Gas- und Öl-Feuerungsanlagen auf Feststoffe umgestellt werden können. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Umstellung auf Festbrennstoffe sowohl aus technischer Sicht als auch hinsichtlich der Zumutbarkeit für die Benutzer große Probleme stellt.

Die Benutzer stellen sich der Umstellung auf .Feststoffe durch Umrüstung vorhandener Anlagen oder Installation neuer Anlagen oftmals entgegen, weil Festbrennstoffe sehr viel weniger bequem sind als Flüssigbrennstoffe oder Gase. Letztere sind einfach zu lagern und handzuhaben und ganz allgemein sauber und bequem. Dagegen sind Festbrennstoffe, insbesondere Kohle, schmutzig und umständlich zu handhaben.

Für die Lagerung von Kohle braucht man Raum, Arbeitskraft und kostspielige Transporteinrichtungen, und es gibt viel Schmutz. Lagerung und Entfernung der Asche bedingen zusätzliches Personal oder teure Spezialeinrichtungen/ die bei kleinen Kesseln unter Umständen nicht verfügbar sind. Dagegen können Flüssigbrennstoffe und Gase praktisch automatisch verfeuert werden, und Asche fällt nur in geringem Maße oder überhaupt nicht an. ^

Ein großer Nachteil der Verfeuerung von Feststoffen liegt darin, daß Feststoffe eine viel längere Brenndauer haben als Flüssigbrennstoffe oder Gase. In Verbrennungsanlagen, die für Flüssigbrennstoffe oder Gase ausgelegt sind, können Feststoffe im allgemeinen nicht lang, genug bis zur vollständigen Verbrennung brennen, weshalb die Umrüstung solcher Anlagen auf Feststoffe eine erhebliche Minderung der Nennleistung mit sich bringt.

Dieser Nachteil kann teilweise durch den Einsatz pulverisierter Feststoffe kompensiert werden: durch die größere Oberfläche der kleinen Brennstoffpartikel geht die Verbrennung schneller vor sich. Für die Befeuerung von Wasserrohrkesseln wird in starkem Maße Kohlenstaub eingesetzt. Die Kohle wird in der Kesselanlage selbst gemahlen und dem Kessel direkt zugeführt. Der mit der Verfeuerung von Kohlenstaub einhergehende unregelmäßige Brennstofffluß bewirkt eine unregelmäßige Flamme- und damit Schwierigkeiten bei der Flammenüberwachung. Wegen des Verhältnisses zwischen festem Kohlenstoff und flüchtigen Bestandteilen in der Kohle liegt die Flammenstabilität im Randbereich, und die hohen Schieber-Zugverluste., die zur Erzeugung intensiv turbulenter Flammen nötig wären,., können nicht eingesetzt werden, ohne daß die Flamme instabil wird und unverbrannter Brennstoff mit abzieht. Diese Probleme können bei Wasserrohr-Kesselanlagen zwar bewältigt werden, bei Mantelkesseln, die für Öl- oder Gasbefeuerung ausgelegt wurden,

hat sich die erfolgreiche Verfeuerung von pulverisiertem Feststoff jedoch als unmöglich erwiesen. Bei Wasserrohr-Kesseln findet man normalerweise mehrere Brenner, deren Flammen sich gegenseitig stützen und stabilisieren können. Bei einem Mantelkessel führt die enge Eingrenzung im Flammrohr 'zu kritischeren Verbrennungsbedingungen, wobei die einzige Brennerflamme keine Unterstützung von benachbarten Flammen erhält. Deshalb ist die Flammenüberwachung in einem Mantelkessel wichtiger als bei Wasserrohr-Kesseln, gleichzeitig aber auch schwieriger. Darüber hinaus sind bei Mantelkesseln, insbesondere bei kleinen Mantelkessel-Anlagen, die für'eine im Kesselhaus zu installierende Kohlenstaubmahlanlage aufzubringenden Anschaffungs- und Unterhaltungskosten im allgemeinen nicht tragbar.

Man hat deshalb für die Umstellung von öl- auf Kohlenfeuerung die Verwendung einer aus öl und Kohlenstaub bestehenden Brennstoffmischung vorgeschlagen. Dies ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden. Wenn nicht teure Stabilisierungstechniken eingesetzt werden, ist die Brennstoffmischung instabil. Der Kohl'enanteil ist durch die erhaltene Viskosität und die Notwendigkeit der Zerstäubung der Brennstoffmischung begrenzt, und die Mischung hat stark erosive Eigenschaften, was sich auf Pumpen, Ventile und Brennerdüsen natürlich sehr nachteilig auswirkt.

Die vorliegende Erfindung hat deshalb ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfeuerung von Feststoffen zur Aufgabe ,die die oben erwähnten Nachteile nicht aufweisen.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird pulverisierter Feststoff in einer durch einen Flüssigbrennstoff oder Gas erzeugten turbulenten Flamme verbrannt.

Für die wirkungsvolle Verbrennung des Feststoffstaubes, insbesondere in dem engen Raum eines Mantelkessel-Flammrohres,

sind eine Schnellzündphase der Flamme bei guter Stabilität am Brennermund und eine durch hohe Turbulenz erzeugte kurze Verbrennungszeit erforderlich. Diese Bedingungen werden nach der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass Gas oder Flüssigbrennstoff für die Erzeugung einer Pilot- oder Stabilisierungsflamme benutzt werden, in die .dann der pulverisierte Festbrennstoff eingespritzt wird. Insbesondere erzeugt der Flüssigbrennstoff oder das Gas die für die Schnellzündphase erforderliche gute Flammenstabilität, die dann ihrerseits wieder hohe Schieber-Zugverluste "(ähnlich wie sie auch bei der Verwendung von Flüssigbrennstoff oder Gas allein zum Einsatz kommen), ermöglicht, die die für die vollständige Verbrennung der Feststoffpartikel in dem begrenzten zur Verfugung stehenden Verbrennungsraum erforderliche hohe Turbulenz und dadurch bedingte Verbrennungsintensität erzeugen, wobei dann die Leistung, verglichen mit der Verbrennung von Gas oder Flüssigbrennstoffen allein, nur geringfügig oder gar nicht reduziert ist.

Das Verhältnis zwischen pulverisiertem Feststoff und Flüssigbrennstoff oder Gas wird von Brenner zu Brenner und von Kesselanlage zu Kesselanlage schwanken, wird aber im allgemeinen bei etwa 70 % (Wärmewert) liegen, obwohl bis zu 90 % bei maximaler Feuerungsleistung möglich sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt ein . Brenner^:für Flüssigbrennstoff und pulverisierten Feststoff Einspritzmittel für.mindestens einen Flüssigbrennstoff und einen Verbrennungsluft-Einlass, wobei der Verbrennungsluft-Einlass und die Flüssigbrennstoff-Einspritzmitt^so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie eine langgestreckte turbulente Flamme mit einem Flammenkern .entwickeln, und ferner um den Verbrennungsluft-Einlass und die Flüssigbrennstoff-Einspritzmittel herum angeordnete Einspritzmittel für einen pulverisierten Feststoff, durch die ein Strom pulverisierten Feststoffes seitlich

neben dem Flammenkern in die besagte Flamme eingeleitet wird.

Vorzugsweise wird am Flammenkern, insbesondere im Primär-Verbrennungsluftstrom, eine Turbulenz erzeugt/ während der pulverisierte Festbrennstoff als im wesentlichen turbulenzfreier einwärts weisender Strom zugeführt wird. Dies bewirkt ein rasches und wirksames Mischen des Brennstoffstaubes in der Flamme.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Brenner insgesamt kreisförmig mit ringförmigen Düsen oder ringförmigen Düsenanordnungen für Gas-Brennstoff, Sekundärluft und pulverisierten Feststoff und einer im wesentlichen zentral angeordneten Düse für den Flüssigbrennstoff ausgebildet. Der Brenner kann nur für den Betrieb mit Gas und pulverisiertem Festbrennstoff oder nur für den Betrieb mit Flüssigbrennstoff und pulverisiertem Feststoff ausgebildet sein, vorzugsweise jedoch ist er für alle drei Brennstoffarten ausgelegt.

Um das grundlegende Erfordernis des "Mischens nach dor Düse", d.h. also des Vermischens des pulverisierten Feststoffes mit dem Flüssigbrennstoff oder Gas, zu erfüllen, ist in dem Brenner selbst eine Zuleitung und eine Austrittsdüse für den pulverisierten Feststoff ausgebildet. Um eine gleichmäßige Verteilung des pulverisierten Feststoffes und seines Trägergases (im allgemeinen· Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas) über den Umfang des Brenners zu erreichen, ist die Leitung als Ringleitung mit einer oder mehreren Eintrittsöffnungen für den Festbrennstoff ausgebildet, und der pulverisierte Feststoff und das Trägergas treten schließlich durch eine Ringdüse oder eine ringförmige Düsenanordnung in den Flammenbereich ein. Die Leitung und Austrittsdüse können mit Mitteln zur Optimierung der

Brennstoff- und Luftverteilung ausgestattet sein. Die Austrittsdüse kann als Kreis einzelner Öffnungen oder Schlitze oder aber als durchgehender Ringschlitz ausgebildet sein. Die Anordnung der Austrittsdüse ist im Verhältnis zum Sekundärlufteinlaß so optimiert, daß eine maximale Mitführung des pulverisierten Feststoffes in die kombinierte Flamme gewährleistet ist. Vorzugsweise ist die Sekundärluft-Düse als Ringdüse oder ringförmige Düsenanordnung ausgebildet und dicht an oder innerhalb der Düse oder der Düsenanordnung für den pulverisierten Feststoff angeordnet, und beide Düsen haben vorzugsweise den selben, einwärts weisenden Austrittswinkel.

Wie bereits erwähnt, ist in vielen Fällen das Mahlen des Kohlenstaubes an Ort und Stelle nicht praktikabel. Diese Schwierigkeit kann dadurch überwunden werden, daß pulverisierter Feststoff beispielsweise in Tankzügen herantransportiert und dann pneumatisch in örtliche Lagerbehälter überführt oder aber in Transportbehältern angeliefert wird. Für große Anlagen sind auch örtliche Kohlenstaubmahlanlagen denkbar.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich zwar hauptsächlich mit der Verbrennung von pulverisiertem Festbrennstoff, beispielsweise Kohle, das Verbrennungsverfahren und der Brenner können aber auch für die. Verbrennung von pulverisierten festen Abfallstoffen eingesetzt werden. Dabei ist die Verbrennung wegen des vorerwähnten raschen Vermischens und Verbrennens des in die Gas- oder. Flüssigbrennstoff-Flamme eingeführten Festmaterials äußerst effizient.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Die Zeichnungen zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch einen.Mehrstoffbrenner;

Figur 2 ein Detail des Brenners in größerem Maßstab;

Figur 3 ein Flußdiagramm bei Betrieb des Brenners mit Gas und pulverisiertem Feststoff;

Figur 4 ein Flußdiagramm bei Betrieb des Brenners mit Heizöl und pulverisiertem Feststoff;

Figur 5 eine Kesselanlage und
Figur 6 ein Brenner-Regelsystem.

•Aus den Figuren 1 bis 4 sind Konstruktion und Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Brenners ersichtlich. Bei dem dargestellten Brenner handelt es sich um einen für einen Kessel oder eine Verbrennungsanlage geeigneten Mehrstoffbrenner, der für den Betrieb mit Flüssigbrennstoff, beispielsweise Heizöl, Gas oder pulverisiertem Feststoff in Kombination mit Flüssigbrennstoff oder Gas geeignet ist.'

Der dargestellte Brenner eignet sich insbesondere für die Befeuerung eines Mantelkessels. Er besitzt einen Windkasten 1 und einen Brennerstein 2 im wesentlichen herkömmlicher Art. Der Brenner insgesamt ist rund ausgebildet, mit einer Mittelachse. 15. Auf der Brennerachse ist ein zentraler ölbrenner 16 mit einer geeigneten Zerstäuberdüse angeordnet. Die Zerstäuberdüse ist bei dem dargestellten Brenner als auf einem Schaft 17 montierter und durch einen Elektromotor 18 angetriebener Drehtopf 3 ausgebildet. Eine Primärluft-Düse mit Drallblechen 19 ist koaxial zum Dreh.topf angeordnet.

Um die Zerstäuberdüse und die Primärluftdüse herum sind angeordnet: ein Gasbrenner 5, dem über eine Gaszuleitung 6 gasförmiger Brennstoff zugeführt wird, eine mit dem mnenraum des Windkastens in Verbindung stehende ringförmige

Sekundärluft-Düse 7 und eine ringförmige Austrittsdüse 12 für pulverisierten Festbrennstoff (oder zu .verbrennende pulverisierte Feststoff-Abfälle).

Die Sekundärluftdüse 7 ist so ausgebildet, daß sie einen im wesentlichen turbulenzfreien einwärts gerichteten Luftstrom erzeugt und kann Leitbleche 20 besitzen. Die Düse für den pulverisierten Festbrennstoff schließt unmittelbar an die Sekundärluft-Düse an und erzeugt durch ihre entsprechende Ausbildung ebenfalls einen im wesentlichen turbulenzfreieh Brennstoff- und Trägergasstrom, der vorzugsweise unter dem selben Winkel wie der Sekundärluft-Strom einwärts gerichtet ist. Die Feststoff-Düse kann auch zur Verbesserung der Strömungsverteilung speziell ausgebildete Leitbleche 11 aufweisen.

Die Feststoff-Düse besitzt nur einen engen ringförmigen Austrittsschlitz, sie kann aber alternativ auch eine ringförmige Anordnung einer Vielzahl von Austrxttsoffnungen oder Schlitzen aufweisen.

Der in einem Trägergasstrom- (gewöhnlich Luft) mitgeführte pulverisierte Festbrennstoff wird durch einen oder mehrere Einlasse 8 in eine zu einer Verteilerglocke 10 führende Ringleitung 9 mit abgewinkeltem Querschnitt geleitet. Der Einlaß 8 erweitert sich und ist allgemein zur Brennerachse hin ausgerichtet. Dadurch wird Turbulenz vermieden und ein kontrollierter Eintritt des Feststoffes und" des Trägergases in die Ringleitung 9 gewährleistet. Um am Austrittsschlitz 13 eine gute Verteilung des Brennstoffstaubes über den Umfang hinweg zu erzielen, darf der Brennstoffstaub nicht direkt vom Einlaß 8 in den Austrittsschlitz gelangen. Deshalb ist die Leitung so ausgebildet, daß bei der Zuleitung Eintritte- und Austrittsschlitz in axialer Richtung des Brenners über die Verteilerglocke 10 gegeneinander

versetzt sind. Der Brennstoffstrom wird rechtwinklig in einen Ringbereich 14 und dann noch einmal durch scharfe Änderungen der Strömungsrichtung in den Austrittsschlitz · 13 geleitet. Diese Änderungen der Strömungsrichtung gewährleisten eine gute Brennstoffverteilung am Austrittsschlitz. Die Bleche 11 bestimmen die Konzentrizität und Rundheit der relativ engen Schlitze 13 und unterstützen auch die Regelung der endgültigen Verteilung und Bestimmung der Richtung des pulverisierten Pestbrennstoffes bei dessen Austritt in den Verbrennungsraum innerhalb des Brennersteines 2.

Im Betrieb wird entweder mit Flüssigbrennstoff am· zentralen Brenner 16 oder mit Gas am Brenner 5 eine Flamme gezündet. In jedem Fall wird durch die Primärluftdüse 4 Primärluft zugeführt, so daß man eine im wesentlichen in Richtung der Brennerachse langgestreckte Flamme mit turbulentem Kern erhält. Danach wird der pulverisierte Festbrennstoff oder Feststoff-Abfall durch die Düse 12 nahe dem Kern der Flamme seitlich in diese eingeführt und in der entstehenden Mischflamme verbrannt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen die angenommenen Strömungsverhältnisse in dem Brenner bei Verwendung von Gas bzw. Flüssigbrennstoff in Verbindung mit pulverisiertem Feststoff. Der Brenner ist nur schematisch auf einem Flammrohr 21 eines Mantelkessels oder einer Verbrennungsanlage montiert dargestellt.

Figur 3 zeigt die Strömungen in einem Brenner, dem Heizgas, pulverisierter Festbrennstoff, Primär- und Sekundärluft zugeführt werden. Der Flammenmantel ist mit 22 bezeichnet, und der Flammenkern befindet sich an der Düsenplatte 24 des Brenners. Die Primärluft ist hoch verwirbelt und entwickelt im Flammenkern eine Rückstromzone 25. Der Primärluftstrom weist eine hohe Strömungskraft auf. Die

einwärts gerichteten Brenngas- und Sekundärluftströme erzeugen an der Düsenplatte 24 eine Rückstromzone 26. Die Rückstromzonen führen brennende Gase mit. Die rückströmenden brennenden Gase sorgen für die ständige Zündung und damit für die Stabilität der Flamme. Die Rückstromzonen verbessern durch ihre Turbulenz die Flammenstabilität, und darüber hinaus fordert die Turbulenz auch die Vermischung des zugeführten Brennstoffes mit der Flamme, so daß eine rasche Verbrennung gewährleistet ist und die Bildung von unverbrannten festen und gasförmigen Rückständen auf ein Minimum reduziert wird. Der pulverisierte Festbrennstoff wird sehr rasch und wirkungsvoll verbrannt, wobei die Brennerleistung verglichen mit ausschließlichem Heizgasbetrieb nur geringfügig oder überhaupt nicht sinkt.

Der Flammenkern-Bereich bleibt relativ klar und frei von Rauch oder anderen Feststoffpartikeln. Deshalb kann zwischen einem Flammwächter und der Flamme eine Sichtlinie innerhalb des Einspritzbereiches des Feststoff-Staubes vorgesehen werden. Zweckmäßigerweise kann sich diese Sichtlinie wie bei 27. in Figur 3 gezeigt durch die Sekundärluft-Düse erstrecken. Auf diese Weise schaltet eine mit Gas unterhaltene. Pilotflamme überwachungsprobleme aus, die sonst bei mit Feststoffen unterhaltenen Flammen auftreten können.

Figur 4 zeigt die Strömungsgegebenheiten, wenn der gleiche Brenner mit Feststoff-Staub und Heizöl betrieben wird. Die Strömung verläuft im allgemeinen ähnlich wie bei Figur 3, mit der Ausnahme, daß der Heizöl-Strom nicht wie im Fall des Gases von außen, sondern von einer zentralen Stelle aus in die Flamme, und insbesondere in die Rückstromzonen' eintritt. Wie im vorherigen Fall entwickelt die verwirbelte Primärluft einen zentralen Rückstrombereich 25, und die

er—

Sekundärluft und die brennenden Gase zeugen einen Rückstrombereich 26 an der Düsenplatte. Die Sekundärluft und der Feststoff-Staub treten entlang konvergierenden Wegen

etwas hinter dem Flammenkern in den Flammenmantel ein, wobei die Vermischung allgemein im Bereich 29 innerhalb des Brennersteins 2 stattfindet.

Der Brenner kann auch nur mit Gas oder nur mit'Flüssigbrennstoff betrieben werden. Die Vollast-Leistung ist bei Befeuerung mit Brennstoff-Staub im wesentlichen dieselbe wie bei Befeuerung mit Gas oder Flüssigbrennstoff.■

Bei Vollastbetrieb ist auch ein hohes Verhältnis Kohle/ Öl möglich, beispielsweise 70 % Festbrennstoff, berechnet nach dem Wärmewert. Da zur Erzielung einer ausgeglichenen Wärmeflußverteilung keinerlei feste oder bewegliche Geräte, beispielsweise Rostbeschicker, in die Flammrohre eingeführt werden müssen, kann für die Befeuerung mit Feststoff-Staub der gesamte Feuerraum benutzt werden.

Der Brenner kann mit Vollast- und Teillast, betrieben werden, und zwar mit Flüssigbrennstoff oder Gas allein oder auch zusammen mit Festbrennstoff. Der Betrieb kann voll automatisiert werden, und es hat sich herausgestellt, daß der Brenner auf Absenkungen und Lastveränderungen bei Befeuerung mit Feststoff-Staub vergleichbar reagiert wie bei Befeuerung mit Gas oder Flüssigbrennstoff allein. Das Umschalten von einem Brennstoff auf den anderen erfordert keine Umrüstarbeiten am Brenner, sondern kann sehr schnell über elektrische Umschalter vorgenommen werden.

Die Asche des Brennstoff-Staubes liegt in Form von Flugasche vor und kann am Kesselausgang mit herkömmlichen Mitteln entfernt werden. Sie kann entweder in einzelnen Behältern abtransportiert oder in einem Silo trocken oder in Wasser geschlämmt gelagert werden. Für die Entfernung der Asche sind nur geringe oder überhaupt keine Stillstandszeiten und nur geringe oder keine zusätzliche Arbeitskraft erforderlich.

Das Zuleitungssystem für den Flüssigbrennstoff kann auch eine Wassereinspritzung aufweisen, die bei der Befeuerung mit Flüssigbrennstoff allein oder in Kombination mit Feststoff-Staub zur Anwendung kommen kann. Die Einspritzung von Wasser unterstützt bekanntermaßen die Verbrennung und wirkt insbesondere schlechten Brennstoffeigenschaften entgegen. Sie trägt darüber hinaus zur Reinhaltung der Kesselheizflächen bei.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Brennerkonstruktion beschränkt. Der Brenner kann auch ohne Flüssigbrennstoff-Brenner oder aber ohne Gasbrenner ausgebildet sein, aber eine gleichartige Anordnung für die Verbrennung pulverisierten Feststoffes in einer Gas- oder Flüssig-.brennstoff-Pilotflamme muß er aufweisen. Feststoff-Zuleitungen und Austrittsdüsen ähnlicher Ausbildung können auch an anderen Brenner- oder Windkastenanordnungen vorgesehen, werden. Auch können andere Zerstäuberdüsen für die Flüssigbrennstoffe, beispielsweise Druckzerstäuber oder Dampf/ Luft/Gas-Zerstäuber, zum Einsatz kommen. Wenn keine Flüssigbrennstoff-Befeuerung erforderlich ist, kann im wesentlichen die selbe Brennerkonstruktion verwendet werden, wobei man einfach die Zerstäuberdüse und die Zuleitung für den Brennstoff wegläßt, die Primärluftdüse aber beibehält, da die verwirbelte Primärluft zur Erzeugung eines turbulenten Flammenkerns erforderlich ist.

Der Brenner kann auch zur Verbrennung von Abgasen eingesetzt werden, die in diesem Fall durch den Feststoff-Einlaß zugeführt werden.

Ein wichtiges Merkmal des beschriebenen Brenners ist darin zu sehen, daß der Sekundärluftstrom neben und in dem Feststoff strom für einen guten Sauerstoffzutritt zum Festbrennstoff sorgt, gleichzeitig aber die Brennerfläche dadurch sauber hält, daß er eine Strömungsümkehrung und eine Ablagerung von Feststoffpartikeln verhindert. Deshalb sollte

ein ähnliches Sekundärluft-Strömungsmuster beibehalten werden, wenn der Brenner beispielsweise durch Weglassen der Gasbefeuerung abgeändert wird.

Allgemein gesagt sollte der Festbrennstoff an einer Stelle in die Pilotflamme eingespritzt werden, die weit genug vom Flammenkern entfernt ist, um keine Instabilität der Flamme oder Trübung der für die Überwachung der Flamme benutzten Strahlung zu erzeugen, sich andererseits aber nahe genug am Flammenkern befindet, um die größtmögliche Verweilzeit des Festbrennstoffes in der Flamme zu erzielen.

Das. Verhältnis zwischen Trägergas und Festbrennstoff ist so zu wählen, daß die Feststoffpartikel in der Schwebegehalten werden. Bei Vollast kann das Massenverhältnis Luft/Feststoff beispielsweise 2:1 betragen.

Der beschriebene Brenner kann auch beim Betrieb mit. Gas, Flüssigbrennstoff oder einem dieser beiden Brennstoffe in Kombination mit Feststoff mit demselben Luftüberschuß arbeiten. Wie bereits erwähnt, wird als Trägergas für den Festbrennstoff im allgemeinen Luft verwendet werden. Allgemein gesagt muß es Sauerstoff enthalten. Es kann beispielsweise auch eine Mischung aus Luft und Verbrennungsgasen zum Einsatz kommen.

Figur 5 zeigt eine Mantelkesselanlage- mit einem Brenner 30 der vorbeschriebenen Art. Der Kessel, oder die Verbrennungsanlage, ist allgemein mit 31 bezeichnet. Dem Kessel ist ein Zyklonabscheider oder eine andere Aschen-Austragsvorrichtung nachgeschaltet, die ihrerseits an einen Rauchzug oder Schornstein 33 angeschlossen ist.

Der Brenner ist mit herkömmlichen - nicht dargestellten Einrichtungen für die Gas- und/oder Flüssigbrennstoffversorgung ausgestattet. Das Versorgungssystem für den Festbrennstoff besteht im wesentlichen aus einem Bunker 34 mit Füllstandsanzeigevorrichtungen 35. Am«Boden des

Bunkers befindet sich ein Rüttler, der einen gleichmäßigen Austritt des pulverisierten Brennstoffes in eine Dosierpumpe 45 gewährleistet. Diese ist an ein Fördergebläse mit einer Luftansaugöffnung 37 angeschlossen, so daß das Gebläse einen Luftstrom erzeugt, der den Feststoff-Staub in den Einlaß 8 des Brenners 30 transportiert.

Der Feststoff-Bunker 34 kann in unterschiedlicher Weise beschickt werden. Figur 5 zeigt einen Lagersilo 38, der über eine Transportleitung 39 mit dem Bunker 34 verbunden ist. Der Brennstoff-Staub wird der Anlage beispielsweise per Tanklastzug oder Tankwaggon angeliefert und direkt in den Silo 38 entladen. Die Förderleitung 39 arbeitet automatisch, gesteuert durch den Niederstandsanzeiger im Staub-Bunker 34.

Der Silo 38 ist ebenfalls mit Füllstandsanzeigern 35 und einem Rüttler am Auslaß ausgestattet. Der Silo 38 und der Bunker 34 können mit Einlaßöffnungen für CO₂ als Schutzgas ausgerüstet sein.

Alternativ kann Feststoff-Staub auch in Containern abgepackt an die Anlage angeliefert werden. Die Container können direkt in den Betriebsbunker 34 oder in einen Lagerbehälter, beispielsweise den Silo 38 oder einen mit dem Bunker 34 über eine geeignete Verbindungsleitung verbundenen Annanmebunker entladen werden.

Bei größeren Verbrennungsanlagen kann der Festbrennstoff an Ort und Stelle vermählen werden. Der gemahlene Brennstoff kann an Ort und Stelle gelagert oder dem Brenner direkt zugeführt werden. Eine indirekte Bunkerlagerung wird jedoch bevorzugt, da sie die Regelung des Brennstoffflusses erleichtert und den Brenner gegen Ausfälle der Mahlanlage schützt. Darüber hinaus macht sie auch Not-Mahlaggregate überflüssig, die andernfalls schon für die

Routinewartung oder als Pannenschutz erforderlich wären.

Das Brenner-Regelsystem kann für den Gas- und Flüssigbrennstoff in herkömmlicher Weise aufgebaut sein. Figur 6 zeigt in sehr schematischer Darstellung ein typisches Brenner-Regelsystem für einen Dreistoff-Brenner. Der Brenner besitzt einen Primärluft-Schieber 41, einen Sekundärluft-Schieber 42, ein Gas-Regelventil 43, ein Gldosiersystem 44 und ein Feststoffdosiersystem 45. Diese sorgen in Abhängigkeit von Signalen, die sie von den Steuerungen des Kessels bzw. der Verbrennungsanlage erhalten, für die richtige Brennstoff- und Luftzufuhr. Die Brennstoff zufuhrregelungen werden von Motoren 46 und 47 betätigt, die ihrerseits durch Druck- oder Temperaturfühler 48 durch Motorsteuerschalter 49 betätigt werden. Der Motor 46 stellt über ein entsprechendes Luftsteuer-Nockensystem (50) den Sekundärluft-Schieber 42 und ferner, über einen Regler 51 den Feststoff-Durchfluß ein. Der Motor regelt die Gas- und Flüssigbrennstoff-Zufuhr und die Stellung des Primärluft-Schiebers. Die Motoren können zusammen oder auch einzeln arbeiten. Ferner kann für den Sekundarluft-Schieber ein Trimm-Regelmotor 52 vorgesehen sein, der' von einem den Rauchgasen ausgesetzten Sauerstoffühler 53 gesteuert wird.

Wenn der Brenner nur mit Flüssigbrennstoff oder Gas betrieben werden soll, werden die beiden Motoren elektrisch gekoppelt und arbeiten zusammen, so daß die Brennstoffventile sich mit den Luft Schiebern öffnen.

Bei der kombinierten Befeuerung mit Feststoff und Flüssigbrennstoff oder Gas kann das Regelsystem beispielsweise so ausgelegt werden, daß der Brenner zunächst nur nach Wahl mit Flüssigbrennstoff oder Gas gezündet und die Zündung der Pilotflamme mit heruntergeschalteten Reglern

überprüft wird. Wenn dann der Wärmebedarf größer ist als die von der Pilotflamme bei heruntergeschalteten Reglern abgegebene Wärme, wird Festbrennstoff in einer dem Wärmebedarf entsprechenden Menge zugeführt. In diesem Fall bleibt der Motor 47 in der heruntergeschalteten Stellung, während der Motor 46 den Sekundärluft-Schieber öffnet und über ein elektrisches Regelsystem und den Regelschalter 51 die Geschwindigkeit der Feststoff-Dosiereinrichtung so regelt, daß das Luft/Brennstoffverhältnis unter allen Betriebsbedingungen immer richtig eingehalten wird.

Die Verwendung von zwei Regelmotoren gestattet den Zusatz von Festbrennstoff an jedem Punkt der- Brennerregelkurve. Wenn beispielsweise wegen der Ofenausbildung oder der Qualität des Festbrennstoffes es nicht möglich ist, die Flüssigbrennstoff- oder Gaszufuhr auf dem normalen niedrigen Stand zu halten, kann die Gas- oder Flüssigbrennstoff-Zufuhr automatisch auf ein geeignetes Niveau angehoben werden, bevor Festbrennstoff zugeführt wird. Wahlweise kann auch der Brenner.in obiger Weise mit Flüssigbrennstoff oder Gas allein gezündet und der Zusatz an Festbrennstoff dann bis zu einer unter der Vollast liegenden Kesselleistung geregelt werden. Bei maximaler Feststoff-Zufuhr öffnet der Motor 47 dann das Flüssigbrennstoff- oder Gasventil und den Primärluftschieber, so daß auch in diesem Fall Kessel-Vollast erreicht wird.

Das Regelsystem kann auch so ausgelegt werden, daß bei manueller Regelung des Festbrennstoff-Zusatzes die Flüssiggas- oder Gas-Pilotflamme frei regelbar ist, so daß " eine feste Feststoffmenge verbrannt werden kann, ohne daß dadurch die automatische Kesselregelung beeinträchtigt wird.

Bei Verwendung eines mit dem Sekundärluft-Schieber gekoppelten Rauchgas-Sauerstoffanalysensystems können damit

automatisch Veränderungen in der Verbrennungsluftdichte oder der Brennstoffqualität·durch Anpassung der Luftzufuhr ausgeglichen werden.

Es versteht sich, daß unter Flüssigbrennstoffen und Gasen alle Flüssigkeiten oder Gase zu verstehen sind, die eine exotherme Reaktion erzeugen. Wie bereits erwähnt wird es sich bei dem pulverisierten Feststoff im allgemeinen um Stoffe handeln, die eine exotherme Reaktion erzeugen. Es kann sich aber auch um ein Abfallmaterial handeln, zu dessen Verbrennung eine endotherme Reaktion erforderlich ist.

Claims

3133704

Patentanwälte:..

Dr. Ullrich - Dr. tee - Dr. Franke

09 Heide!berg 1
Galsbergstr. 3 · Telefon 25335

Hamworthy Engineering Limited, Fleets Corner, Poole, Dorset, England.

Verbrennungs - Vorrichtung

ANSPRÜCHE

1J Verbrennungsverfahren für pulverisierte Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß eine langgestreckte Gasoder Flüssigbrennstoff-Flamme mit turbulentem Kern erzeugt und der pulverisierte Feststoff seitlich neben dem Flammenkern in die Flamme eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pulverisierter Feststoff im wesentlichen turbulenzfrei auf einem oder mehreren mit der Flammenachse konvergierenden Wegen in die Flamme eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft der Flamme zwischen dem Flammenkern und.der Eintrittsstelle des pulverisierten Feststoffes zugeführt wird.
A. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem pulverisierten Feststoff um einen festen Brennstoff handelt und der Anteil desselben am Gesamtbrennstoff bis zu 90 % beträgt.
5. Brenner für die Verbrennung von Flüssigbrennstoff und pulverisiertem. Feststoff, mit Einspritzmitteln für den

■ pulverisierten Feststoff und Mitteln zur Zuführung der Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß auch Flüssigbrennstoff-Einspritzmittel (3,5) vorgesehen sind und die Zuführmittel für die Verbrennungsluft (7) und die Flüssigbrennstoff-Einspritzmittel (3,5) durch ihre entsprechende Ausbildung und Anordnung eine langgestreckte turbulente Flamme mit einem Flammenkern erzeugen und daß Einspritzmittel für den pulverisierten Brennstoff (12) um die Zuführmittel für die Verbrennungsluft (7) und die Flüssigbrennstoff-Einspritzmittel (3,5) herum so angeordnet sind, daß sie einen Strom pulverisierten Feststoffes neben dem Flammenkern seitlich in die besagte Flamme einleiten.
6. Brenner nach Anspruch 5 mit einer Wirbeleinrichtung in der Zuleitung für die Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmittel für den pulverisierten

•Feststoff (12) denselben in einem im wesentlichen wirbelfreien konvergierenden Strom zuführen.
7. Brenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß .die Einspritzmittel für den pulverisierten Feststoff aus mindestens einer Ringdüse oder ringförmigen Düsenanordnung bestehen.
8. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich-. net, daß die Flüssigbrennstoff-Einspritzmittel· aus mindestens einer "konvergierenden ringförmigen Gaseintrittsdüse (5) oder einer ringförmigen Gaseintrittsdüsenanord-

' nung bestehen.
9. Brenner nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigbrennstoff-Einspritzmittel eine zentrale öldüse (3) aufweisen.
10. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft-Zuführung eine im wesentlichen zentral angeordnete Primärluft-Einlaßöffnung (4) und eine den Einspritzmitteln für den pulverisierten Brennstoff (12) benachbarte ringförmige Sekundärluft-Eintrittsöffnung (7) oder ringförmige Anordnung von Sekundärluft-Eintrittsöffnungen aufweist.
11. Brenner gemäß Anspruch 10 mit Wirbelmitteln in der · Primärluft-Eintrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft-Eintrittsöffnung oder öffnungen (7) einen im wesentlichen wirbelfreien konvergierenden Luftstrom erzeugen.
12. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 11, gekennzeichnet durch eine mindestens eine scharfe' Krümmung aufweisende Zuleitung (8, 9, 10, 14) für die Zufuhr des mit einem Trägergas gemischten pulverisierten Brennstoffes zu den Einspritzmitteln für den pulverisierten Brennstoff,
13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung einen sich verjüngenden Teil (10) zwischen der scharfen Krümmung oder den scharfen Krümmungen und den Einspritzmitteln für den pulverisierten Kraftstoff (12) aufweist.
14. Brenner für Flüssigbrennstoff und einen Zusatzbrennstoff, gekennzeichnet durch eine zentrale öldüse (3), eine um die öldüse (3) herum angeordnete, einen Wirbelstrom erzeugende Lufteintrittsdüse (4) oder Anordnung von Lufteintrittsdüsen, eine um die Primärluft-Eintrittsdüse

oder Düsen (4) herum angeordnete, einwärts gerichtete Gaseintrittsdüse (5) oder Gaseintrittsdüsen-Anordnung, eine um die Gaseintrittsdüse oder Gaseintrittsdüsen herum angeordnete einwärts gerichtete Sekundärluft-Eintrittsdüse (7) oder Sekundärluft-Eintrittsdüsen-. anordnung sowie eine um die Sekundärluft-Düse (7) oder -Düsenanordnung herum angeordnete einwärts gerichtete Eintrittsdüse (12) oder Eintrittsdüsenanordnung für · die Einspritzung des Zusatzbrennstoffs.
15. Verbrennungsanlage mit einem Mantelkessel oder einer Brennkammer, einem Brenner gemäß einem der Ansprüche • 5 bis 14 zum Beheizen des Kessels oder der Brennkammer, Mitteln zur Versorgung des Brenners mit Heizöl, Heizgas und pulverisiertem Festbrennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung für den pulverisierten Festbrennstoff einen Brennstoff-Vorratsbehälter (34) und ein Gebläse (36) für den Transport des pulverisierten Festbrennstoffs vom Vorratsbehälter zum Brenner besitzt.