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Brenner für staubförmige, gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe
Die in den letzten Jahren stark nach oben tendierende Preisentwicklung der flüssigen
und gasförmigen Brennstoffe hat in zunehmendem Maße dazu angeregt, andere Energiequellen
nutzbar zu machen oder vermehrt Kohle einzusetzen, die in ausreichendem Umfang verfügbar
ist.
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Bei Verwendung von Kohle als Brennstoff ist'einerseits die Rostfeuerung
bekannt, die überwiegend bei der Dampf- und Warmwassererzeugung angewendet wird,
die jedoch im Bereich der industriellen Prozeßwärme meist nicht eingesetzt werden
kann, weil dort in der Regel spezifische Voraussetzungen hinsichtlich des Ablaufs
und Orts der Verbrennung gestellt werden. Andererseits ist es bei Industriefeuerungen
bekannt, Kohlenstaub zu verwenden, jedoch beschränkte sich der Einsatz von Kohlenstaub
in der jüngeren Vergangenheit fast ausschließlich auf Großfeuerungen, wie Kraftwerke
und im Bereich der industriellen Prozeßwärme vorwiegend auf die Drehöfen der Zementindustrie.
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Die bei den bekannten Kohlenstaubbrennern hoher Leistung verwendete
Technik ist jedoch nicht ohne weiteres auf Anwendungsfälle kleinerer Leistung übertragbar,
und insbesondere ist zu berücksichtigen, daß sich der Kohlenstaub hinsichtlich Zusammensetzung
und Zünd- und Abbrandmechanismus von Gas und Ö1 erheblich unterscheidet. Auch weisen
die für die wesentlichen Brennerfunktionn bewstimmenden Brennstoffeigenschaften
bei Kohlen je nach Qualität und Herkunft eine erhebliche Bandbreite auf.
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Bei Braunkohle liegt der Heizwert zwischen 3000 und 25000 kJ/kg.
Die flüchtigen Bestandteile, bezogen auf die Reinkohle, betragen 40 % bis 68 %.
Der Wassergehalt erreicht Werte von 70, Aschegehalte bis zu 30 % sind möglich. Der
Ballastgehalt bewegt sich im allgemeinen im Bereich bis 75 %
Steinkohlen
werden entsprechend ihrem Gehalt an flüch tigen Bestandteilen unterteilt in Magerkohle
mit 10 % bis 14 , Fettkohle mit 19 % bis 28 % und Gaskohle mit 28 % bis 35 % fluc
tigen Bestandteilen. Der Helzwert liegt hier zwischen 24.000 un 30.000 kJ/kg, die
Wassergehalte betragen etwa 2 % bis 13 %, die Aschegehalte 5 % bis zu 40 % bei Ballastkohlen.
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Für die Belastung der Brennkammer durch Verschmutzung; und Angriff
der Ausmauerung sind die Zusammensetzung der Asche und die Aschetemperaturen von
Bedeutung. Ist trockener Ascheabzug möglich, d. h. bei Brennkammertemperaturen bis
zu 1.050"C, wie sie z. B. in einigen Tunnelöfen der Keramikindustrie auftreten,
sind Ascheprobleme nicht zu erwarten.
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Treten jedoch höhere Ofentemperaturen wie in der Kalkindustrie (1.200°C
bis 1.300"C) oder in Glasschmelzöfen (bis 1.500°C? auf, kann die dort bisher übliche
Ö1- bzw. Gasfeuerung nicht ohne weiteres auf Kohlenstaubfeuerung umgestellt werden,
weil bei diesen hohen Temperaturen die Asche weich bzw. flüssig wird und bei Kohlenstaubbrennern
Anbackungen und Korrosion möglich sind, wodurch die Funktion des Brenners bis zum
Ausfall gestört werden kann.
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Bei Kohlenstaubbrennern unterscheidet man zwischen äußerer und innerer
Zündung.
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Eine äußere Zündung ist nur möglich in heiß gehenden Öfen, bei denen
die Ofentemperaturen etwa 1.100"C oder mehr betragen und ausschließlich die Temperatur
oder Strahlung aus dem Brennraum für die Aufrechterhaltung der Verbrennung der Kohlenstoffpartikel
sorgt, während die innere Zündung in einer Kammer bewirkt wird, durch die das aus
Kohlenstaub und Verbren: nungsluft bestehende Gemisch hindurchgeschickt wird, bevor
es in den Ofenraum gelangt. Die Zündung wird dabei durch einen in die Kammer eingeleiteten
Stützbrennstoff mittels einer Zündflamme eingeleitet und bei heißgehendem Brenner
von der Strahlt
aus dem Ofenraum und durch äußere und/oder innere
Rezirkulation heißer, teilweise oder ganz ausgebrannter Verbrennungsgase aufrechterhalten,
während bei kaltgehenden Brennern die Zündung vorwiegend durch innere Rezirkulation
und gegebenenfalls in Verbindung mit zusätzlichem Stützbrennstoff aufrechterhalten
wird.
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Bei einem bekannter Kohlenstaubbrenner mit innerer Zündung (beschrieben
in der 13broschüre "Berechnung von Brennern, Brennkammern und ähnlichen Strömungsapparaten"
von Dr.-Ing. Fritz Schoppe, erschienen im Verlag A.W. Gentner KG Stuttgart) wird
in die Kammer durch einen rohrförmigen Kanal der Kohlenstaub und durch einen zweiten
Kanal die gesamte Verbrennungsluft eingeleitet, wobei der Kanal für die Verbrennungsluft
mit Mitteln ausgestattet ist, die in der Kammer eine der Hauptströmung überlagerte
Drallströmung erzeugen. Durch diese. Drallströmung wird eine innere Rezirkulation
bewirkt, so daß ganz oder teilweise ausgebrannte Verbrennungsgase zurückgeführt
werden und so die Zündtemperatur im Inneren der Kammer aufrechterhalten wird.
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Dieser bekannte Brenner hat jedoch den Nachteil, daß bei hohen Verbrennunystemperaturen
die rezirkulierenden Verbrennungsgase durch ihren Gehalt an flüssigen oder zähflüssigen
Aschebestandteilen Anbackungen im Brenner bewirken können, durch die dessen Funktion
gestört werden kann. Es besteht hierbei auch keine Möglichkeit einer Senkung der
Verbrernungstemperatur, um die Aschebestandteile in einer festen Form zu halten.
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Ein weiterer Nachteil bei bekannten Brennern besteht auch darin, daß
die Drallströmung für die Rezirkulation bis in den Brennraum hinein wirkt und dadurch
einen radialen Brennstoff-und Ascheaustrag zur Folge hat, der in der Regel unerwünscht
ist.
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Der rfidun liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der oben genannten
Art mit innerer Zündung zu schaffen, der sich durch eine stabile Zündzone im Mündungsbereich
und gute
Regeleigenschaften bei geringem radialen Brennstoff- und
Asche austrag auszeichnet und im Zündbereich eine Temperatureinstellung ermöglicht,
die Ascheanbackungen verhindert.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
sich die Kammer an die Mündung eines mit drallerzeugenden Mitteln versehenen Kanals
für einen Teil der Verbrennungsluft mit einer sich im Durchmesser erweiternden Stirnfläche
anschließt, daß in der Peripherie der Kammer - bezogen auf die entlang der Stirnflächen
expandierende Drallströmung -- stromabwärts von der Mündung des Kanals ein oder
mehrere Durchlässe vorgesehen sind, durch die ein weiterer Anteil von Verbrennungsluft
in die Kammer einleitbar ist, und daß der Anteil der insgesamt indiz Kammer eingeleiteten
Verbrennungsluft -oder der Anteil der in die Kammer eingeleiteten, an der Durchmischung
mit dem in der Haupt- und Drallströmung mitgeführten Brennstoff beteiligten Verbrennungsluft
so gering ist, daß in der Kammer die Zündung und Aufbereitung des Brennstoffes erfolgt,
während die Verbrennung im wesentlichen außerhalb der Kammer stattfindet.
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Durch die Erfindung wird also eine definierte Zündzone geschaffen,
wobei durch die angepaßte Zufuhr eines Teils der Verbrennungsluft in die Zündzone
ein Einfluß auf die Rezirkulation genommen werden kann. So kann die'Zone der Rezirkulation
auf den Bereich der Kammer begrenzt oder darüber hinaus erstreckt werden, und es
kann die für die Rezirkulation erforderliche Drallströmung in der Kammer abgebaut
werden, so daß nach Austritt des Brennstoff-Luft-Gemisches aus der-Kammer in den
Verbrennungsraum ein unerwünschter radialer Austrag von Asche, der beispielsweise
bei Anwendungen in der Gas und keramischen Industrie stören würde, unterbunden werden
kann. Außerdem kånn durch die angepaßte Zufuhr des weiteren Anteils der Verbrennungsluft
die Temperatur in der Zündzone
sowie das Temperaturprofil am Mischrohaustritt
beeinflußt werden. Ein schädliches Anbacken von Ascherückständen bei heißqehenden
Öfcn wird dadurch praktisch unterbunden.
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Vorzugsweise beträgt der Anteil der in die Kammer eingeleiteten bzw.
der Anteil der in die Kammer eingeleiteten, an der Durchmischung mit dem in der
Haupt- und Drallströmuny mitgeführten Brennstoff beteiligten Verbrennungsluft weniger
als 50 % der Gesamtverbrennungsluft.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der stromabwärts auf
die sich erweiternde Stirnfläche der Kammer folgende Abschnitt der Kammer als eine
zylindrische oder eine sich im Durchmesser erweiternde oder verringernde Leitfläche
gebildet, wobei der Durchlaß zwischen der Stirnfläche und der Leitfläche als ringförmiger
Schlitz ausgebildet ist.
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Vorzugsweise nimmt die Leitfläche im Durchmesser ab und ist konisch
oder gewölbt ausgebildet. Dabei kann die Leitfläche an einem äußeren Rohr für die
Zuleitung des zusätzlichen Verbrennungsluftanteils oder am Mündungsabschnitt eines
innerhalb dieseNsRohres und in dessen Achsrichtung angeordneten Düsenrohres angeordnet
werden.
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Die sich im Durchmesser erweiternde Stirnfläche kann eben oder ebenfalls
konisch oder gewölbt ausgebildet sein und in eine innere Sperrfläche und in eine
äußere Drallströmungslei-tfläche unt:erteilt sein, wobei zwischen der inneren Sperrfläche
und der äußeren Drallstrümungsleitfläche ein weiterer ringförmiger Kanal mit drallerzeugenden
Mitteln mündet, durch den Verbrennungsluft strömt. Hierdurch wird eine weitere Unterstützung
der die Rezirkulation erzeugenden Drålluft bewirkt.
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Vorzugsweise ist der größte Durchmesser der Stirnfläche kleiner als
der größte Durchmesser der Leitfläche.
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Dadurch kann Verbrennungsluft koaxial im äußeren Rohr zugeführt werden,
so daß der zusätzlichc Anteil durch den durch den unterschiedlichen Durchmesser
zwischen Stirnfläche und Leitflächen gebildeten ringförmigen -Schlitz in die Kammer
eintritt und der. übrige Anteil außen hieran vorbeifließt und dann aus dem weiterführenden
Teil des äußeren Rohres aus tritt.
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Die Stirnfläche und die Leitfläche können im Bereich ihrer größten
Durchmesser miteinander verbunden sein, wobei im ringförmigen Verbindungsbereich
Öffnungen als Durchlässe für den weiteren Anteil der Verbrennungsluft angebracht
sind.
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Vorzugsweise sind Stirnfläche und Leitfläche axial gegeneinander
verstellbar, so daß damit die Größe des Durchlasses und damit der zusätzliche Anteil
der Verbrennungsluft einstellbar ist.
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Der Kanal, durch den der weitere Anteil der Verbrennung E uft mittels
der Durchlässe in die Kammer einleitbar ist, kann entweder frei von drallerzeugenden
Mitteln sein, jedoch kann er auch mit Mitteln versehen sein, die eine Drallströmung
erzeugen, die geringer oder entgegengesetzt zu der in,der Kammer erzeugten Drallströmung
ist, so daß damit am Austritt der Kammer eine drallfreie Strömung crzielbar ist.
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Die -Mittel zur Erzeugung der Drallströmung können entweder durch
Bohrungen gebildet sein, die tangential Verbrennungsluft in zur Kammer führende
Drallringräume einleitet oder aber es können in den Kanälen Gitter von Leitschaufeln
angeordnet sein.
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Bei Ausbildung des Brenners als Kohlenstaubbrenner enthält dieser
innerhalb der Mündung zur Zuführung von Verbrennungsluft ein zentrales Rohr und
ein dieses konzentrisch umgebendes Rohr, wobei eines der Rohre zur Zuführung des
staubförmigen Brennstoffes und das andere zur Zuführung eines Stützgases dient.
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In Abwandlung eines solchen Brenners für Kohlenstaub kann das zentrale
Rohr zur Zuführung des Kohlenstaubs zwei dieses konzentrisch umgebende Rohre mit
einer gemeinsamen Mündung zur Zuführung von mit oder ohne Drall mit Zerstäubungsluft
beaufschlagtem Stützöl enthalten.
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Bei Ausbildung des Brenners als Ölbrenner ist innerhalb der Mündung
zur Zuführung von verdrallter Luft ein zentrales Rohr mit einer Austrittsdüse für
das Ö1 und ein dieses konzentrisch umgebendes mit drallerzeugenden Mitteln versehenes
Rohr zur Zuführung von Drallöl vorgesehen, wobei in Strömungsrichtung hinter der
Austrittsdüse für den Hauptbrennstoff eine Brennstoffdüse so angeordnet ist, daß
durch sie der Hauptstrom und das Drallöl gemeinsam hindurchströmen.
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Dabei können die Austrittsdüse und die Brennstoffdüse relativ zueinander
verschiebbar gelagert sein.
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Auch kann das Rohr zur Zuführung von Drallöl von einem Rohr umgeben
scin, das einen stirnseitig geschlossenen ringförmigen Raum bildet, in den ein Wärmeträgermedium
einführbar ist. Hierdurch kann eine Vorwärmung des Öls bewirkt werden.
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Dabei ist es zweckmäßig, im zentralen Rohr Mittel zur Drallerzeugung
vorzusehen, um die Verbrennung des Öls zu begünstigen.
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Anstelle einer Verstellung der Brennstoffdüse kann -auch im zentralen
Rohr eine in Achsrichtung verstellbare Düsennadel angeordnet werden.
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Die Düsennadel kann ferner durch ein in Achsrichtung verstellbares
Rohr ersetzt werden, durch das Zer.stäubungsluft in die Brennstoffdüse einführbar
ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeic nung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch einen Brenner für einen staubförmigen Brennstoff als Hauptbrennstoff und mit
gasförmigem Brennstoff als Stützbrennstoff; Fig. 2 einen Querschnitt durch den Brenner
gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen Brenner mit einer vorteilhaf- g ten Ausbildung der Mittel
zur Einleitung von Verbrennungsluft in die Kamme] Fig. 4 einen Brenner mit einer
anderen vorteilhaften Ausbildung der Mittel zur Einleitung von Verbrennungsluft
in die Kammer; Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines trenners für einen staubförmigen
Brennstoff als ijauptbrennstoff und mit gasförmigem Stützbrennstoff; Fig. 6 einen
Querschnitt durch den Brenner gemäß Fig. 5;
Fig. 7 einen Längsschnitt
durch eine weitere Ausführungsform eines Brenners für einen staubförmigen Brennstoff
als Hauptbrennstoff und mit gasförmigem Stützbrennstoff; Fig. 8 einen Querschnitt
des Brenners gemäß Fig. 7; Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Brenner für staubförmiyen
Brennstoff mit zentraler Zuführung des Stützyases; Fig. 10 einen Längsschnitt durch
die Kammer mit einer Verbindung von Stirnfläche und Leitfläche; Fig. 11 einen Längsschnitt
durch einen Brenner für einen staubförmigen Brennstoff als Hauptbrennstoff und mit
flüssigem Brennstoff mit Druckluftzerstäubung als Stützbrennstoff; Fig. 12 einen
Querschnitt des Brenners entsprechend Fig. 11,; Fig. 13 einen l,ängsschnltt durch
einen Brenner für flüssigen Brennstoff mit Drallzerstäubung; Fig. 14 einen Längsschnitt
durch einen Brenner für flüssigen Brennstoff mit Drallzerstäubuny und verstellbarer
Düsennadel; Fig. 15 einen Längsschnitt durch einen Brenner für flüssigen Brennstoff
mit Zufuhr von Drallöl und zerstäubter Druckluft;
Bei dem in Fig.
1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch ein zentrales Rohr 1 ein staubförmiger
Brennstoff aus der Mündung des Rohres 1 in eine Kammer 20 geleitet, wobei im Rohr
1 eine Dralleinrichtung 24 angeordnet ist die dem Brennstoff eine Drallströmung
um die Achse des Rohres verleiht. Konzentrisch zum Rohr 1 ist ein- Rohr 2 angeordnet,
damit dem Rohr 1 einen Ringraum bildet, durch den ein gasförmiger Stützbrennstoff
in die Kammer 20 geleitet wird. Konzentrisch zum Rohr 2 ist ein Rohr 3 angeordnet,
das mit dem Rohr 2 einen Ringraum bildet und stirnseitig abgeschlossen ist, wobei
vor dem stirnseitigen Abschluß in einem Flansch Bhrungen 5 so angebracht sind, daß
in den Kanal zwischen den Rohren 2 und 3 eingeführte Verbrennungsluft tangential
in einen Drallringraum 4 gelangt, aus dem die Verbrennungsluft unter Rotation um
die Mittelachse des Rohres 1 in die Kammer 20 durch eine Mündung 50 austritt. Am
Außenumfang des Ringraumes 4 befindet sich eine die Mündung des Drallringraumes
4 in die Kammer 20 einschnürende Schwelle 22, die eine Rückströmung in den -Drallringraum
4 verhindern soll. An den Drallringraum 4 schließ sich aunen eine gewölbte, sich
im Durchmesser erweiternde Fläche 8c-andie die Stirnfläche der Kammer 20 bildet,
an der die aus dem Drallringraum 4 ausströmende -Verbrennungs'luft nach außen entlangströmt.
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Stromabwärts von der Stirnfläche8c ist eine Leitfläche 17 angeordnet,
die zylindrisch ausgebildet sein kann oder sich im Durchmesser erweitern oder verringern
kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert sich die Leitfläche 17 im Durchmesser
bis auf den Durchmesser eines zylindrischen Düsenrohres 11.- Die Stirnfläche 8c
und die Leitfläche 17 b-ilden das Gehäuse 20. Die Leitfläche 17 besitzt einen gröoberen
maxiamalen Durchmesser als der grönte Durchmesser der 9 Stirnfläche 8c. Hierdurch
wird zwischen der Stirnfläche 8c
und der Leitfläche 17 ein Durchlaß
60 gebildet, durch den Verbrennungsluft in die Kammer 20 einströmen kann. Die Verbrennungsluft
wird durch ein äußeres Rohr 10 zugeführt, wobei ein Teil durch den Durchlaß 60 in
die Kammer 20 gelangt, während ein weiterer Teil außen an der Leitfläche vorbeiströmt
und am weiterführenden Ende 16 des Rohres an dessen Mündung 49 in den Ofenraum austritt.
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Fig. 3 zeigt einen Brenner mit einer vorteilhaften Anordnung zur
Einführung von Verbrennungsluft in die Kammer 20.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche 8a der Kammer 20
eben ausgebildet, und es ist durch Pfeile angedeutet, wie die aus der Mündung 50
austretende Dralluft an der Stirnfläche entlangströmt und eine innere Rezirkulation
bewirkt wird. Die durch das äußere Rohr 10 zugeführte Verbrennungsluft wird über
Löcher 29 schräg in die Kammer 20 eingeführt, und in diesem Ausführungsbeispiel
ist die sich an die Löcher 29 anschließende Leitfläche 61 zylindrisch ausgebildet.
Es ist ersichtlich, daß die durch die Löcher 29 zugeführte Verbrennungsluft auf
die in der Kammer bereits vorhandene Drallströmung trifft und auf diese einwirkt.
Dabei wirkt diese zusätzliche Verbrennungsluft bremsend auf die Drallströmung ein,
wo-1 bei diese bremsende Wirkung noch dadurch unterstützt werden kann, daß in dem
Rohr 10 dralierzeugende Mittel vorgesehen werden, die eine geringere Drallströmung
bewirken als sie in der Kammer 20 vorhanden ist oder dieser dort vorhandenen Drallströmung
entgegenwirken, so daß an der Mündung der Leitfläche 61 der Drall weitgehend abgebaut
ist. Die Zuführung der Verbrennungsluft durch die Löcher 29 erfolgt dabei so, daß
die insgesamt der Kammer 20 zugeführte Verbrennungsluft, zu d-r auch die durch das
Rohr 1 mit dem Brennstoff zugeführte Trägerluft und die aus der Mündung 50 austretende
Dralluft zu zählen ist, hiichst:cns 50 % der Gesamtverbrennungsluft beträgt,
so
daß der Sauerstoffgehalt ausreicht, den Brellnstoff in der Kammer 20 zu zünden und
die ausgasenden lsestandteile zu verbrennen, während die Verbrennung selbst erst
außerhalb der Mündung der Leitfläche 61 erfolgt. Dabei ist es möglich, die Einleitung
der Verbrennungsluft in die Kammer 20 so zu steuern,- daß mehr als 50 % bis zur
Gesamtmenge der Verbrennungsluft in die Kammer eingeführt wird, wobei jedoch der
Anteil der an der Durchmischung mit dem in der Haupt- und Drallströmung eingeführten
Brennstoff beteiligten Verbrennungsluft kleiner als 50 % ist, so daß mit anderen'Worten
der restliche Verbrennungsluftanteil ohne Einfluß auf die Haupt- und Drallströmung
-die Kammer 20 wieder verlänt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemän Fig. 4 erfolgt die Zuführung des
Brennstoffes wiederum über das zentrale Rohr 1, wobei sich an die Mündung des Rohres
1 die Stirnfläche -der Kammer 20 anschließt. Die Stirnfläche ist hier gewölbt ausgebildet
und in eine innere Sperrfläche 8c und eine äußere Drallströmungsleitfläche 9c unterteilt.
Über ein Rohr 27 wird über Bohrungen 5 Verbrennungsluft einem Drallringraum 4 zugeführstn
von dem sie verdrallt aus der Mündung 50 in die Kam mer austritt. ein das Rohr 27
konzentrisch umgebendes Rohr 28 wird ein weiterer Anteil von Verbrennungsluft über
Bohrungen 6 in einen Drilringraum 7 eingeleitet, aus dem'verdrallte Luft durch eine
ringförmige Mündung zwischen der Sperrfläche 8c und der Drallströmungsleitfläche
9c in die Kam--mer 20 aus tritt. Durch das Rohr 10 wird über e-inen ringförmigen
Durchlaß 60 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wieder ein zusätzlicher
oder der volle restliche Verbrennungsluftanteil in die Kammer 20 eingeleitet, wobei
die Leitfläche 62 der Kammer sich leicht im Durchmesser erweitert.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Länge des
Rezirkulationsbereichs zu beeinflussen und den in der Kammer
vorhandenen
Drall abzubauen, nachdem dieser seine Funktion erfüllt hat, wobei mittels der durch
den Durchlaß 60 einströmenden Verbrennungsluft die Rezirkulationszone in der dargestellten
Weise bis zur Mündung 49 der Leitfläche 62 ausgedehnt oder bis zum Einlaß 60 zurückgedrängt
werden kann. Auch hier kann die gesamte restliche Verbrennungsluft durch den Kanal
60 eingeführt werden, sofern dafür gesorgt wird, daß mehr als 50 % die Kammer 20
verlassen, ohne daß sie dort zur'Durchmischung mit der Haupt- und Drallströmung
beigetragen haben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemän Fig. 5 und-6 ist wie in Fig. 4
die Stirnfläche der Kammer 20 in eine Sperrfläche 8b und eine Drallströmungsleitfläche
9b unterteilt, wobei durch das Rohr 3 Verbrennungsluft zugeführt wird, die über
Bohrungen spund 6 in den inneren Drallringraum 4 und in den äußeren Drallringraum
7 eingeleitet wird. Aus den Drallringräumen 4 und 7 strömt die Dralluft dann durch
die Durchlässe 50 und 51 auf die konischen Flächen 8b und 9b.
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Die Leitfläche 17 der Kammer ist hier an dem äußeren Rohr 10 angebracht,
durch das der zusätzliche Anteil an Verbrennungsluft außen an der Stirnfläche 8,
9 vorbei in die Kammer 20 eingeleite,.iird, wobei drailerzeugende Mittel 18 in dem
Rohr 10 vorgesehen sein können, die der in den Durchlaß 60 eingeleiteten zusätzlichen
Verbrennungsluft einen Drall erteilen, der geringer oder entgegengesetzt zu der
Drallströmung ist, die durch die aus den Durchlässen 50 und 51 austretende Dralluft
gebildet wird.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 6 bestehen die drallerzeugenden
Mittel für die aus den Mündungen 50 und 51 austretende Dralluft aus Bohrungen 5
und 6, durch die die Luft tangential in die Drallringräume 4 und 7 eingeführt wird.
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Stattdessen können aber auch wie in dem äußeren Rohr 10 zur Drilerzeugung
Gitter aus Leitschaufeln eingesetzt werden.
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Eine solche Anordnung ist in Fig. 7 und 8 dargestellt, wo den Mündungen
50 und 51 jeweils eigene Rohre 14 und 15 zugeordnet sind, in' denen zur Dr-allerzeugung
Leitschaufelgitter 12 bzw. 13 angeordnet sind. Zusätzlich sind hier zum Drallabbau
noch Leitkanten 23 in dem Düsenrohr 11 vorgesehen. Durch eine außen am Düsenrohr
11 angeordnete radiale Sperrfläche 19 können im Weg der außen an der konischen Leitfläche
7 vorbeigeführten Verbrennungsluft noch erwünschte Turbulenzen erzeugt werden.
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Fig. 9 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 5 und 6 dargestellten Brenners,
wobei die Abwandlung im wesentlichen darin besteht, daß durch ein zentrales Rohr
25 Stützgas und durch einen konzentrischen Kanal, der zwischen dem Rohr 25 und einem
Rohr 26 gebildet wird, Brennstoffstaub in die Kammer 20 eingeleitet wird. Ferner
sind konzentrische Rohre 27 und 28 vorgesehen, um in den Drallringräumen 4 und 7
Drallluft zu erzeugen, die durch die Mündungen 50-und 51 austritt.
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Fig. 10 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 7 und 8 dargestellten Brenners.
Hier ist die Drallströmungsleitfläche 9 im Bereich ihres größten Durchmessers mit
der Leitfläche 17 verbunden, wobei der Durchlaß für den zusätzlichen Anteil der
Verbrennungsluft durch Löcher 29 oder Schlitze 58 gebildet wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 und12 wird im Gegensatz
zu' den vorangehenden Ausführungsbeispielen in den Kanal, der durch das zentrale
Rohr 1 zur Zuführung von festem Brennstoff mit Trägerluft und einem Rohr 30 gebildeten
Kanal
anstelle von Stützgas Stützöl eingeführt.
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Dieser Kanal für das Stützöl ist jedoch stirnseitig geschlossen und
mit radialen Öffnungen 31 versehen, durch die das Stützöl mit oder ohne Drall in
ein weiteres koaxiales Rohr 33 eintreten kann, in das Zerstäubungsluft einführbar
ist, so daß das Stützöl gemeinsam mit der Zerstäubungsluft aus einem Kanal 54 durch
eine Mündung 32 in die Kammer 20 aus tritt.
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Die Erfindung ist aber nicht auf Brenner für staubförmige Brennstoffe
beschränkt, sondern sie kann mit gleichen Vorteilen auch bei anderen Brennstoffen
als Hauptbrennstoff eingesetzt werden. Beispielsweise wäre es möglich, bei den Ausführungsbeispielen
gemäß Fig, 1, 2, 9, 6 und 7, 8 den Kernbrenastoff wegzulassen und den Brenner lediglich
mit dem dann in ausreichender Menge zugeführten Stützgas zu betreiben.
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Es wäre aber auch möglich, gemäß Fig. 13 als Hauptbrennstoff Ö1 zu
verwenden und durch ein zentrales Rohr 35 über eine Dralleinrichtung 40 in die Kammer
20 einzuleiten, wobei sich an das Rohr 35 eine Austrittsdüse 41 für den Kernbrennstoff
anschließt. In den Kanal, der durch ein das Zentralrohr 35 umgebendes Rohr 36 gebildet
wird, wird ebenfalls Ö1 eingeführt, das über Bohrungen 37 tangential in eine Drallkammer
38 eingebracht wird und von dort in den Mündungsbereich der Austrittsdüse 41 gelangt,
durch die es zusammen mit dem aus dieser austretenden Kernbrennstoff in eine Brennstoffdüse
39 gelangt und aus dieser in die Kammer aus tritt. Die Austrittsdüse 41 ist dabei
vorzugsweise axial verschiebbar -in bezug auf die Brennstoffdüse 39 gelagert.
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Vorzugsweise ist dabei das Rohr 36 zur Zuführung des Drallöls von
einem Rohr 42 umgeben, das einen stirnseitig
geschlossenen ringförmigen
Raum bildet, in den ein Wärmeträgermedium zur Vorwärmung des Brennstoffs einführbar
ist.
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Bei dem in Fig. 14 dargestellten Brenner, von dem nur der innere
Teil gezeigt ist, dient als Brennstoff ebenfalls Ö1, das durch ein zentrales Rohr
45 eingeleitet wird.
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Am vorderen Ende ist das Rohr 45 mit einer Austrittsdüse 53 versehen,
vor deren ffnung 46 sich die Brennstoffdüse 39 befindet. Zusammen mit dem aus der
Öffnung 46 austretenden Brennstoff gelangt Drallöl in die Brennstoffdüse, das durch
einen Zwischenraum zwischen den Rohren 36 und 45 zugeführt und durch Bohrungen 37
wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 einen Drall erfährt und über die Drallkammer
38 in die Düse 39 -abfließt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Lage des Rohres
45 in bezug auf die Brennstoffdüse 39 nicht verändert werden. Stattdessen ist im
Rohr 35 zentral eine Düsennadel 45 axial verschiebbar angeordnet, durch die über
die konische Spitze 59 die austretende Ölmenge regulierbar ist. Auch das Kernöl
tritt mit Drall in die Brennstoffdüse 39 ein. Dieser Drall wird durch eine Dralleinrichtung
48 bewirkt, die im Zwischenraum zwischen der Düsennadel 55 und dem Rohr 45 angeordnet
ist.' Der in Fig. 15 dargestellte Brenner gleicht im Aufbau weitgehend dem Brenner
gemäß Fig. 14. Wiederum wird hier Ö1 als Kernbrennstoff durch das mit einer Düse
53 versehene Rohr 45 in die Brennstoffdüse 39 eingeleitet. Der Brennstoffströmung
wird Drallöl aus der Drallkammer 38 zugemischt, in die das Drallöl wie in Fig. 14
durch Bohrungen 37 eingeleitet wird. Im Rohr 45 ist axial verschieblich ein Rohr
43 gelagert, mit dem die Brennstoffzufuhr durch die Düse 53 regulierbar ist, und
das an seinem vorderen konvergierenden Ende 47 einen Durchlaß 44 enthält, durch
den Luft in die
Brennstoffdüse 39 qeblasen werden kann, um das
Kernöl zu zerstäuben.
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durch die Erfindung wird die Anwendbarkeit von Kohlenstoffbrennern
erheblich erweitert, weil durch die Beschränkung der Zündung auf einen definierten
Bereich in einer Kammer einerseits und durch die steuerbare Zuführung eines begrenzten
zusätzlichen Verbrennungsluftanteils in die Kammer im Zündbereich Temperaturbedingungen
geschaffen werden können, die einen Einsatz auch bei hohen Ofentemperaturen ermöglichen,
wie sie beispielsweise in der Glasindustrie erforderlich sind, ohne daß die bei
diesen hohen Temperaturen drohende Verschlackung des Brenners eintritt.
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Natürlich kann der erfindungsgemäße Brenner auch anderweitig eingesetzt
werden, beispielsweise an Dampf- und Heinwasserkesseln, Heißgaserzeugern, Industrieöfen
der Kalk-, Keramik-, Gipsindustrie etc.
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Als Brennstoffe kommen einzeln oder kombiniert Kohlenstaub, Holzstaub,
Klärschlammstaub, Gas und Ö1 in Frage.