DE3205640C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Mit Hilfe eines solchen aus der US-PS 37 88 796 bekannten Brenners ist es möglich, den Gehalt der bei der Verbrennung von Kohlenstaub mit Luft entstehenden Stickoxiden zu senken. Dazu wird die Verbrennungsluft in Teilmengen über drei ge­ trennt geregelte Kanäle zugeführt. Der bekannte Brenner ist nur dazu geeignet, einen einzigen Brennstoff zu verbrennen.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten DE-OS 31 05 540 ist ein Brenner für die Verbrennung mehrerer Brennstoffe be­ schrieben. Dieser Brenner weist mehrere konzentrisch ange­ ordnete Rohre auf, zwischen denen Ringkanäle gebildet sind. Den Ringkanälen und dem zentralen Kanal werden Verbrennungs­ luft und unterschiedliche Brennstoffe derart zugeführt, daß drei Brennersysteme entstehen, die jeweils einen eigenen Brennstoffkanal mit einem einzigen Verbrennungsluftkanal aufweisen. Bei diesem Brenner wird damit bezogen auf jeden einzelnen Brennstoff die Verbrennungsluft einstufig zuge­ führt. Daher vermag dieser Brenner zwar mehrere Brennstoffe zu verbrennen, jedoch ist diese Verbrennung nicht derart, daß die Bildung von Stickoxiden unterdrückt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsge­ mäßen Brenner derart auszubilden, daß bei einer Verminderung der Bildung von Stickoxiden mehrere Brennstoffe einzeln oder in Kombination verbrannt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner erfin­ dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dieser Brenner ist so aufgebaut, daß durch das zweite Rohr primärer fester Brennstoff und durch das erste Rohr ein flüssiger oder fester sekundärer Brennstoff geführt werden kann. Diese Brennstoffe werden zunächst unter reduzierenden Bedingungen verbrannt, wodurch die Bildung von Stickoxiden aus dem Stickstoff des Brennstoffes unterdrückt wird. Gleichzeitig wird eine niedrige Flammentemperatur ge­ schaffen, durch die die Bildung von Stickoxiden aus dem Stickstoff der Luft gering gehalten wird. Die restliche, für die vollständige Verbrennung notwendige Luft wird durch vier getrennt geregelte Kanäle so aufgegeben, daß sie die reduzierende Zone umgibt und letztlich eine Mischung mit dem Brennstoff bewirkt, um dessen Verbrennung zu vervollständigen.

Im praktischen Betrieb ist festgestellt worden, daß in Verbin­ dung mit einer Vergrößerung der Brennstoff-Luft-Verteilung und einer Formung des Brennstoff-Austrittsbildes eine stabile Zündzone in einer reduzierenden Atmosphäre geschaffen und eine niedrige Spitzen-Flammentemperatur gebildet werden kann, wenn die vier getrennten Strömungswege für Verbrennungsluft zur Brenneröffnung mit den anteilsmäßigen Luftmengen beauf­ schlagt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Vorderansicht eines Dampferzeugers mit einem Brenner gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Brenner gemäß Fig. 1 im Schnitt und

Fig. 3 den Schnitt 3-3 nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Dampferzeuger 10 mit wassergekühlten Wänden 12, die eine Brennkammer 14 begrenzen, in die kohlen­ stoffhaltiger Brennstoff und/oder Kohlenstaub und Luft durch einen Brenner 16 aufgegeben wird, der für die Verbrennung mehrerer Brennstoffe geeignet ist.

Nach Abschluß der Verbrennung in der Brennkammer 14 strömen die erwärmten Gase aufwärts um die Nase 18 herum, durch den röhrenförmigen Sekundärüberhitzer 20 hindurch und dann abwärts durch den Berührungszug 22, welcher den röhrenförmigen Primär­ überhitzer 24 und den Speisewasservorwärmer 26 enthält. Die aus dem Berührungszug 22 austretenden Gase strömen durch Rohre eines Luftvorwärmers 28, treten dann durch einen Rauch­ gaskanal 30 aus und werden anschließend über nicht dargestellte Mittel ins Freie abgeglasen. Die erwärmten Gase geben, wenn sie über die Flächen in der Brennkammer 14 sowie über die Flächen der Überhitzer 20 und 24 und des Speisewasservorwärmers 26 strömen, Wärme an das durch die Rohre dieser Heizflächen strömende Medium ab, während die durch den Luftvorwärmer 28 strömenden Gase zusätzliche Wärme an die Verbrennungsluft ab­ geben, die über die Rohre strömt. Ein Frischlüfter 32 liefert Verbrennungsluft zum Dampferzeuger und drückt dieselbe über die Luftvorwärmerrohre, um eine Vielzahl Leitplatten 34 herum und dann durch einen Kanal 36 zur Aufteilung zwischen den Zweigkanälen 38 bzw. 40.

Die durch den Kanal 38 strömende vorgewärmte Luft wird in einen Luftkasten 42 gefördert und stellt den größeren Teil der Luft dar, die für die Verbrennung des in die Brenneröffnung 50 geförderten Brennstoffs benötigt wird. Die durch den Kanal 40 strömende vorgewärmte Luft ist Trägerluft und der restliche Teil der Luft, die für die Verbrennung benötigt wird; sie gelangt in ein Primärluftgebläse 52, in dem ihr Druck erhöht wird, und wird danach durch einen Kanal 54 in eine belüftete Mühle 56 gefördert.

Der als Primärbrennstoff in dem Dampferzeuger 10 zu verfeu­ ernde Kohlenstaub wird in roher Form über das Rohr 58 aus dem Rohkohle-Vorratsbunker 60 zu einem Mühlenbeschicker 62 in Abhängigkeit von dem Lastbedarf des Dampferzeugers 10 in einer an sich bekannten Weise gefördert. Die Mühle 56 vermahlt die Rohkohle auf die gewünschte Teilchengröße. Die von dem Primär­ luftgebläse 52 geförderten Druckluft strömt durch die Mühle und nimmt die gemahlenen Kohleteilchen mit sich, um durch einen Staubkanal 64 zu strömen und durch die Brenneröffnung 50 in die Brennkammer 14 einzutreten.

Der in dem Dampferzeuger 10 zu verfeuernde flüssige Sekundär­ brennstoff wird in einer an sich bekannten Weise über ein nicht dargestelltes Pumpensystem zu der Lanze 79 in einem von der zentralen Verbrennungsluft unabhängigen Kanal gefördert. Ein Teil der Verbrennungsluft wird durch den Führungskanal 65 über das Gebläse 53 zu dem ersten Rohr 82 und dann zur Brenner­ öffnung 50 gefördert.

Wenn ein fester Sekundärbrennstoff verwendet wird, dann wird derselbe zu der Mischkammer 83 durch den Kanal 81 gefördert. Verbrennungsluft wird als Trägerluft für diesen festen Brenn­ stoff benutzt. Nach Austritt aus dem Gebläse 53 strömt die Verbrennungsluft durch den Führungskanal 71 zur Mischkammer 83, wonach der feste Brennstoff und die Luft durch das erste Rohr 82 zur Brenneröffnung 50 strömen. Das Gebläse 53 befindet sich nur dann in Betrieb, wenn fester Sekundärbrennstoff verfeuert wird.

Eine Klappe 66 gehört zu dem Frischlüfter 32, um die Luftmenge zu regeln, die in Abhängigkeit vom Lastbedarf zum Dampferzeuger 10 gefördert wird. Eine Klappe 68 gehört zu dem Primärluftge­ bläse 52, um die Luftmenge zu regeln, die in die Mühle 56 ein­ geführt wird, und um eine ausreichende Strömungsgeschwindig­ keit zu schaffen, damit eine gründliche Belüftung der Mühle 56, des Staubkanals 64 und des mittleren Ringkanals 98 gewähr­ leistet wird. Eine Klappe 67 gehört zum Gebläse 53, um die Verbrennungsluftmenge zu regeln, die in das erste Rohr 82 aufgegeben wird. In Fig. 1 ist aus Gründen der Übersicht­ lichkeit nur ein Brenner 16 dargestellt. Selbstverständlich können aber auch mehere derartige Brenner für einen Dampf­ erzeuger eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt den Brenner 16, der so angeordnet ist, daß er durch die Brenneröffnung 50 hindurch verfeuert, wobei die letztgenannte als kegelstumpfförmige Kehle ausgebildet ist, die zur Brennkammerseite der Wand 12 auseinanderläuft und durch Rohre 90 gekühlt wird. Eine äußere Brennerwand 84, die eine Durchtrittsöffnung 86 hat, ist auf Abstand von der Brennkammerwand 12 angeordnet. Den Raum zwischen den Brenner- und Brennkammerwänden bildet der Luftkasten 42.

Der Mehrfachbrennstoff-Brenner schließt ein erstes Rohr 82 ein, welches einen mittleren Kanal 94 begrenzt und über einen Staubkanal 64 sowie durch eine Abdeckplatte 88 und den Luftkasten 42 hindurch zu einer Stelle dicht bei der Brenneröffnung 50 verläuft. Die Lanze 79 ist koaxial inner­ halb des ersten Rohrs 82 angeordnet und an nicht darge­ stellte Zuleitungen für den Flüssigbrennstoff und das Zer­ stäubungsmedium angeschlossen. Für die Alternative, bei der fester Sekundärbrennstoff zum Einsatz kommt, ist der Ein­ tritt des ersten Rohrs 82 strömungstechnisch mit der Misch­ kammer 83 verbunden. Diese Mischkammer 83 ist strömungs­ technisch mit dem Führungskanal 71 verbunden, der seinerseits mit dem Gebläse 53 und dem Führungskanal 65 verbunden ist, der von dem Luftkasten 42 kommt. Die Mischkammer 83 ist strömungstechnisch auch mit dem Kanal 81 verbunden, durch den der feste Sekundärbrennstoff zugeführt wird. Eine Klappe 67 regelt die Menge und die Geschwindigkeit der durch das erste Rohr 82 strömenden Verbrennungsluft und wird be­ nutzt, um die Flammenform sowie das Mischbild des Brennstoffs und der Luft in der Brennkammer 14 zu beeinflussen. Ein zweites Rohr 80, das konzentrisch um das erste Rohr 82 herum angeord­ net ist, begrenzt einen mittleren Ringkanal 98 und verläuft durch die Abdeckplatte 88 sowie den Luftkasten 42 zu einer Stelle dicht bei der Brenneröffnung 50. Der Eintritt des zweiten Rohrs 80 ist strömungstechnisch mit dem Staubkanal 64 verbunden, welcher Kohlenstaub und einen Teil der Verbrennungs­ luft von der Mühle 56 fördert. Ein wahlweiser Kohlediffusor 134 ist in dem mittleren Ringkanal 98 angeordnet.

Ein erster und ein zweite Führungskörper 102 bzw. 108 sind innerhalb des Luftkastens 42 angeordnet, um Verbrennungsluft zu der Kehle zu leiten, die innerhalb der Brenneröffnung 50 aus­ gebildet ist. Der erste Führungskörper 102 hat einen Teil 102 A, welches konzentrisch sowie mit Abstand um den Austritt des zweiten Rohrs 80 herum angeordnet ist, um dazwischen einen inneren Ringkanal 72 zu bilden. Der restliche Teil des Führungs­ körpers 102 hat die Form einer Flanschplatte 102 B, die seitlich nach außen vom Eintrittsende des Teiles 102 A verläuft. Eine ring­ förmige Wandplatte 104 umgibt das zweite Rohr 80 und ist daran angeschlossen. Die Platten 104 und 102 B sind auf Abstand von­ einander angeordnet, um den Eintritt 72 A in den inneren Ring­ kanal 72 zu bilden, der senkrecht dazu verläuft. Der innere Umfang der Platte 104 ist auch mit einem hülsenartigen Teil 106 verbunden, welches entlang eines Stücks des Austrittsteils des zweiten Rohrs 80 verläuft und dasselbe eng umgibt. Der zweite Führungskörper 108 hat ein Teil 108 A, welches konzen­ trisch und mit Abstand um das Austrittsende des Teiles 102 A des Führungskörpers 102 herum verläuft, um dazwischen einen äußeren Ringkanal 74 zu bilden. Der restliche Teil des Führungs­ körpers 108 hat die Form einer Flanschplatte 108 B, die seit­ lich nach außen von dem Eintrittsende des Teils 108 A verläuft. Eine ringförmige Wandplatte 110 umgibt den Teil 102 A des Führungskörpers 102 und ist damit verbunden. Die Platten 108 B und 110 sind auf Abstand voneinander angeordnet, um den Eintritt 74 A in den äußeren Ringkanal 74 zu bilden, welcher senkrecht dazu verläuft.

Eine Anzahl Klappen 112 ist innerhalb des Eintritts 72 A zum Ringkanal 72 am Umfang und in einem gleichen Abstand angeordnet und ist zwischen sowie bei dem Außenumfang der Platten 102 B und 104 angelenkt.

Die Klappen 112 sind so eingerichtet, daß sie sich zwischen der offenen, der geschlossenen und Zwischenstellungen drehen; sie werden über ein Gestänge 114 untereinander verbunden, um gemeinsam und gleichzeitig über eine Welle 116 verstellbar zu sein, die zur Betätigung daran angeschlossen ist, außer­ halb des Luftkastens 42 endet und mit einem handbetätigten Griff 118 verbunden wird.

Eine Anzahl Klappen 120 ist innerhalb des Eintritts 74 A zum Ringkanal 74 am Umfang und in einem gleichen Abstand angeordnet und ist zwischen sowie beim Außenumfang der Platten 108 B und 110 angelenkt. Die Klappen 120 sind so eingerichtet, daß sie sich zwischen der offenen, der ge­ schlossenen und Zwischenstellungen drehen; sie werden über ein Gestänge 122 untereinander verbunden, um gemeinsam und gleich­ zeitig über eine Welle 124 verstellbar zu sein, die zur Betätigung daran angeschlossen ist, außerhalb des Luftkastens 42 endet und mit dem handbetätigten Griff 126 verbunden wird.

Eine Vielzahl Drallschaufeln 128 umgibt das hülsenartige Teil 106 und ist innerhalb des inneren Ringkanals 72 ange­ ordnet. Die Drallschaufeln 128 sind im gleichen Abstand ange­ ordnet und miteinander verbunden, um gemeinsam und gleichzeitig über eine Welle 130 verstellbar zu sein, die zur Betätigung ange­ schlossen ist, außerhalb des Luftkastens 42 endet und mit einem handbetätigten Griff 132 verbunden wird. Die Hauptaufgabe der Drallschaufeln 128 ist es, der durch den inneren Ring­ kanal 72 strömenden Verbrennungsluft eine Drehkomponente zu verleihen, um einen Wirbel zu erzeugen, durch den eine gute Mischung des Brennstoffes und der Luft bewirkt wird.

Falls es gewünscht wird, können die Wellen 116, 124 und 130 in einer geeigneten Weise mit einem Getriebe versehen oder sonstwie an eine nicht dargestellte Betätigungsvor­ richtung angeschlossen werden, die auf eine automatische Steuerung ansprechen würde.

Ein Zünder 136 in an sich bekannter Ausführung erstreckt sich durch die Abdeckplatte 88 und durch die Platte 104, um am Austrittsende des inneren Ringkanals 72 zu enden. Für gewisse feste Sekundärbrennstoffe kann der Zünder 136 in dem mittleren Kanal 94 an Stelle der Lanze 79 angeordnet werden. Ein Beobachtungsrohr 138 verläuft durch die Abdeckplatte 88 und die Platte 104, um dicht bei der Innenseite der Platte 104 zu enden.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Luftkastenseite der Abdeck­ platte 88, einschließlich der Flanschplatte 108 B mit Gelenken 120 A, die für die Klappen 120 durch die Platte hindurch ver­ laufen. Die Führungskörperteile 108 A und 120 A wirken zu­ sammen, um den äußeren Ringkanal 74 zwischen sich zu bilden, während das zweite Rohr 80 um das Führungskörperteil 102 A zusammenwirken, um zwischen sich den inneren Ringkanal 72 zu bilden. Der innere Ringkanal 72 nimmt die Drallschaufeln 128 auf. Das zweite Rohr 80 und das erste Rohr 82 begrenzen den Austrittsteil des mittleren Ringkanals 98. Der wahlweise Kohlediffusor 134 ist in dem mittleren Ringkanal 98 angeordnet. Das erste Rohr 82 begrenzt den Austrittsteil des mittleren Kanals 94. Innerhalb des mittleren Kanals 94 wird die wahl­ weise Lanze 79 angeordnet.

Im Betrieb wird der in der Brennkammer 14 zu verfeuernde Flüssigbrennstoff über nicht dargestellte Zuleitungen angeliefert, innerhalb des Brenners 16 zerstäubt und in die Brenneröffnung 50 gesprüht. Der feste Sekundärbrennstoff, der in der Brennkammer 14 zu verfeuern ist, wird über den Kanal 81 von einem nicht dargestellten Vorratsbunker aus angeliefert, wobei die Luft aus dem Kanal 71 verwendet wird, um diesen festen Brennstoff in die Brenneröffnung 50 zu fördern.

Claims (6)

1. Brenner mit einem Kohlenstaub und Luft führenden Staub­ kanal (64), mit einer Brenneröffnung (50) in der Wand (12) einer Brennkammer (14) und mit einer Brennerwand (84) im Abstand von der Brennkammerwand (12), zwischen denen ein Luftkasten (42) gebildet ist, in dem ein erstes Rohr (82) zumindest teilweise angeordnet ist, dessen Austrittsende bei der Brenneröffnung (50) vorgesehen ist, und ein erster und ein zweiter Führungskörper (102, 108) konzentrisch zum ersten Rohr (82) zur Bildung eines inneren und eines äußeren Ringkanals (72, 74) angeordnet sind, die voneinander getrennte Klappen (112, 120) aufweisen und von denen der innere Ring­ kanal (72) mit einer Anzahl von Drallschaufeln (128) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Rohr (80) konzentrisch zwischen dem ersten Rohr (82) und dem ersten Führungskörper (102) angeordnet ist, daß wenigstens ein Teil des zweiten Rohres (80) innerhalb des Luftkastens (42) und das Austrittsende des zweiten Rohres (80) bei der Brenneröffnung (50) angeordnet ist, daß das Eintrittsende des zweiten Rohres (80) mit dem Staubkanal (64) verbunden ist, daß ein luftführender Führungskanal (65, 71) zwischen dem Luft­ kasten (42) und dem Eintrittsende des ersten Rohres (82) vorge­ sehen ist, daß das erste Rohr (82) mit 5 bis 10%, das zweite Rohr (80) mit 15 bis 30%, der innere Ringkanal (72) mit 22 bis 35% der stöchiometrischen Luftmenge und der äußere Ring­ kanal (74) mit der restlichen für eine vollständige Ver­ brennung erforderlichen Luftmenge beaufschlagt ist und daß Zuführungen (81, 79) für weiteren Brennstoff zum ersten Rohr (82) vorgesehen sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuführung für einen staubförmigen Sekundärbrennstoff ein mit dem ersten Rohr (82) verbundener Kanal (81) vorgesehen ist.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Zuführung für einen flüssigen Brennstoff eine wenigstens in einem Teil des ersten Rohres (82) angeordnete Lanze (79) vorgesehen ist.

4. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Rohr (82, 80) so bemessen sind, daß jedes allein für 100% Feuerung geeignet ist.

5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem zu dem ersten Rohr (82) führenden Führungs­ kanal (65, 71) Klappen (67) angeordnet sind.

6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Menge an Kohlenstaub und Luft, die durch das zweite Rohr (80) geführt ist, durch Klappen geregelt ist.