DE3245488A1 - Brenner mit externer zuendung fuer staubfoermige brennstoffe - Google Patents

Brenner mit externer zuendung fuer staubfoermige brennstoffe

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DE3245488A1
DE3245488A1 DE19823245488 DE3245488A DE3245488A1 DE 3245488 A1 DE3245488 A1 DE 3245488A1 DE 19823245488 DE19823245488 DE 19823245488 DE 3245488 A DE3245488 A DE 3245488A DE 3245488 A1 DE3245488 A1 DE 3245488A1
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Adolf Dr.-Ing. 3000 Hannover Hupe
Uwe Dr.-Ing. 3003 Ronnenberg Wiedmann
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Koerting Hannover GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

  • Brenner mit externer Zündung für
  • staubförmige Brennstoffe Der Einsatz von Kohlenstaub als Brennstoff beschränkte sich bislang im wesentlichen auf Großfeuerungen, wie Kraftwerke, und im Bereich der industriellen Prozeßwärme auf die Drehöfen der Zementindustrie. Der Preisanstieg für flüssige und gasförmige Brennstoffe hat jedoch zu einem zunehmenden Bedarf an Staubfeuerungen für Anwendungsbereiche mit kleinerer Feuerungsleistung geführt, beispielsweise bei Glüh- und Schmelzöfen der Metallindustrie, Brennöfen für keramische Erzeugnisse, Schmelzöfen für Hohl- und Flachglas, Dampfkesseln mit Brennkammer oder Apparaten zur thermischen Behandlung wie Trocknern mit vorgeschalteter Brennkammer.
  • Im Gegensatz zu Großfeuerungen mit weitgehend stationären Feuerungsbedingungen erfordern diese neuen Anwendungsbereiche außerordentlich flexible Brenner, die auch unter stark variierenden Lastbedingungen eine Flamme mit definiertem Zünd- und Ausbrennverhalten (Flammenform) ergeben müssen und die sich außerdem aus Preisgründen rasch und problemlos auf einen unterschiedlichen Brennstaub umstellen lassen müssen, wobei neben Steinkohlenstauben unterschiedlicher Qualität auch z. B. Braunkohlenstaub, Holzschleifstaub oder Klärschlammstaub infrage kommt. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit einer spezifischen Brennertechnik, auf welche die Konzeptionen und Erfahrungen aus Großfeuerungen nur bedingt übertragbar sind.
  • Die Zündung von Staubflammen hängt in hohem Maße von den flüchtigen Bestandteilen bzw. dem Inkohlungsgrad des Brennstaubes ab, denn beim Aufheizen der Brennstoffteilchen gasen zunächst die darin enthaltenen flüchtigen Bestandteile aus und zünden. Dieses Aufheizen kann entweder im Brenner durch besondere Zündmaßnahmen bewirkt werden (interne Zündung) oder im Verbrennungsraum durch die thermischen Bedingungen des Verbrennungsraumes (externe Zündung). Anschließend erfolgt der Ausbrand der festen Bestandteile der Teilchen. Voraussetzung für ein Einsetzen der Zündung und für einen stetigen Ausbrand ist dabei in jedem Fall, daß ein ausreichendes Sauerstoff-Angebot zur Verfügung steht.
  • Bei Staubbrennern mit externer Zündung, auf die sich die Erfindung bezieht, werden der Brennstaub und die erforderliche (meistens vorgewärmte) Verbrennungsluft getrennt voneinander dem Verbrennungsraum zugeführt, wobei der Brennstaub im Gemisch mit Förderluft als Brennstaubstrahl in den Verbrennungsraum eintritt. Die Aufheizung der Brennstaubteilchen und die Bildung eines zündfähigen Staub/Luft-Gemisches geschieht im wesentlichen dadurch, daß die im Verbrennungsraum vorhandenen heißen Gase durch Rezirkulation in die äußere Randzone des Brennstaubstrahles eindringen. Dies macht die Lage der Zündstelle von der Axialgeschwindigkeit der Brennstaubteilchen abhängig, was bei Brennstaubstrahlen, die zur Erzeugung einer langen schlanken Flammenform (wie sie insbesondere im Bereich der industriellen Prozeßwärme häufig gefordert wird) eine hohe Axialgeschwindigkeit und eine hohe Brennstaub-Konzentration besitzen, neben anderen Nachteilen zu einer starken Lastabhängigkeit der Lage der Zündstelle führt, indem diese bei Vollast zu weit stromab der Brennermündung liegt, während bei zu kleiner Last die Flamme sogar in den Brenner zurückschlagen kann.
  • Eine grundsätzlich bessere Zündstabilisierung ergibt sich, wenn der Brennstaubstrahl nicht in langer schlanker Form, sondern in kegelförmig aufgespreizter Form in den Verbrennungsraum einströmt, was sich beispielsweise erreichen läßt durch Einblasen von Luft in den Brennstaubstrah, durch Verdrallunq cles Brennstaubstrahles, durch eine teilweise Versperrung der Brennermündung oder durch eine konisch erweiterte Brennermündung. Eine solche Aufspreizung des Brennstaubstrahles begünstigt zwar das Eindringen der rezirkulierenden Gase und damit die Bildung eines zündfähigen Gemisches, ergibt aber eine dicke bauchige Flammenform, die insbesondere im Bereich der industriellen Prozeßwärme meistens nicht erwünscht ist.
  • Aus der DE-PS 449 301 ist ein Brenner bekannt, bei dem die Gemischaufbereitung innerhalb einer Kammer erfolgt, der über ein Zentralrohr ein verdrallter Brennstaubstrahl und über einen das Zentralrohr umgebenden Ringspalt ein gegenläufig verdrallter Strom von Verbrennungsluft zugeführt wird. Dadurch ergibt sich innerhalb der Kammer ein gleichmäßiges inniges Staub/Luft-Gemisch, das über einen verengten Austrittskanal in den Verbrennungsraum strömt. Auch mit dieser Konzeption läßt sich keine lange schlanke Flammenform erreichen.
  • Mit der Erfindung soll nunmehr ein Staubbrenner mit externer Zündung geschaffen werden, der es gestattet, eine beliebige Flammenform (insbesondere eine lange schlanke Flammenform) einzustellen und diese Flammenform sowohl bei Änderung der Lastbedingungen als auch bei Änderung des aufgegebenen Brennstaubes aufrechtzuerhalten.
  • Ausgehend von dem bekannten Brenner mit einem Zentralrohr zur Zufuhr eines Brennstaubstrahles und mindestens einem weiteren Rohr zur Zufuhr verdrallter Luft in einen die Mündung des Zentralrohres umgebenden Ringspalt, sowie einer sich an den Ringspalt anschließenden Kammer mit einem gegenüber dem Zentralrohr vergrößerten Durchmesser, innerhalb der die über das Luftrohr zugeführte Luft auf den Brennstaubstrahl einwirkt, wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an die Kammer eine zweite Kammer angeschlossen ist, welche einen gegenüber der ersten Kammer nochmals vergrößerten Durchmesser besitzt und an der Mündung der ersten Kammer einen zweiten Ringspalt zur Zufuhr weiterer Luft bildet, wobei über die beiden Ringspalte zwei so aufeinander und auf den aus dem Zentralrohr mit hoher Geschwindigkeit und hoher Brennstaub-Konzentration austretenden Brennstaubstrahl eingestellte Teilluftströme in die beiden Kammern einleitbar sind, daß an der Brennermündung ein Brennstaub-Kernstrahl und darum herum eine Ringströmung mit gegenüber dem Kernstrahl verringerter Axialgeschwindigkeit und verringerter Brennstaub-Konzentration austritt.
  • Die Erfindung beruht auf der konsequenten Ausnutzung der Erkenntnis, daß beliebige Flammenformen nur dann eingestellt und unter unterschiedlichen Bedingungen aufrechterhalten werden können, wenn in den Verbrennungsraum zwei getrennte Brennstaubströme eingeleitet werden, nämlich ein die Flamme bestimmender Hauptstrom und (vorzugsweise darum herum) ein für sich, also unabhängig von dem Hauptstrom auf optimale Zündbedingungen eingestelltes Zündgemisch. Dies erreicht die Erfindung mit den in die beiden Kammern eingeleiteten Teilluftströmen. Diese Teilluftströme wirken so auf den die Kammern durchströmenden Brennstaubstrahl ein, daß nur dessen äußere Randzone abgelöst und zu einem zündfähigen Gemisch aufbereitet wird, während der Hauptanteil des Brennstaubes in einem in der Axialgeschwindigkeit und in der Brennstaub-Konzentration praktisch unveränderten Kernstrahl verbleibt. Das zündfähige Gemisch bildet dabei eine den Kernstrahl umgebende Ringströmung, die sich hinsichtlich der für die Zündung maßgebenden Faktoren (Brennstaub-Konzentration und Axialgeschwindigkeit) durch entsprechende Einstellung der beiden Teilluftströme und deren Einwirkung auf den Brennstaubstrahl innerhalb sehr weiter Grenzen unabhängig vom Kernstrahl verändern läßt, Zahlreiche, insbesondere die Einstellung der Brennstaubkonzentration und der Axialgeschwindigkeit der Ringströmung betreffende Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brenners sind in den Unteransprüchen definiert und in der nachfolgenden Beschreibung einzelner Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind gleiche oder funktionsmäßig gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es stellen dar: Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners im Längsschnitt, Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners im Längsschnitt, Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners,im Längsschnitt, Fig. 6 einen Querschnitt in der Ebene VI-VI der Fig. 5 Fig. 7 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners im Längsschnitt, Fig. 8 eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners im Längsschnitt, Fig. 9 eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners im Längs schnitt, Fig. 10A und B zwei Diagramme zur Erläuterung des Strömungsbildes an der Brennerlanzenmündung.
  • Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform zeigt schematisch die drei wesentlichen Bestandteile der Lanze des erfindungsgemäßen Brenners, nämlich ein Zentralrohr 1 zur Brennstoff-Zufuhr und daran stromabwärts anschließend zwei Aufbereitungskammern 6 und 7. Die erste Aufbereitungskammer 6 ist durch eine Rohrwand 2 gebildet, welche den Mündungsbereich des Zentralrohres 1 mit Abstand so umgibt, daß zwischen dem Zentralrohr 1 und der Rohrwand 2 ein erster Ringspalt 12 verbleibt. Entsprechend ist die zweite Aufbereitungskammer 7 durch eine Rohrwand 3 begrenzt, welche den Mündungsbereich der Rohrwand 2 mit Abstand so umgibt, daß sich zwischen den Rohrwänden 2 und 3 ein zweiter Ringspalt 13 ausbildet. Die Rohrwände 2 und 3 sind jeweils konzentrisch zum Zentralrohr 1 angeordnet.
  • Die Rohrwand 3 stellt im Prinzip eine Verlängerung eines ebenfalls zum Zentralrohr 1 konzentrischen Rohres 9 dar, welches zur Zufuhr eines Aufbereitungs-Luftstromes dient. Die Rohrwand 2 mündet stromaufwärts des Mündungsbereichs des Zentralrohres 1 innerhalb dieses Luftrohres 9 in solcher Anordnung, daß der zugeführte Aufbereitungs-Luftstrom zum einen Teil durch den Ringspalt 12 in die Kammer 6 und zum anderen Teil durch den Ringspalt 13 in die Kammer 7 einströmt. In den beiden Ringspalten 12 und 13 befinden sich dabei zwei entgegengesetzt wirkende Drallerzeuger 4 bzw. 5, die den durch die Ringspalte hindurch in die beiden Kammern 6 und 7 einströmenden Teilluftströmen einen entgegengesetzt gerichteten Drall erteilen. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Drallerzeuger als Leitschaufelgitter angenommen, von denen das Gitter 4 einen Rechtsdrall und das Gitter 5 einen Linksdrall erzeugt. Die Reihenfolge von Rechtsdrall und Linksdrall kann ebenso aber auch umgekehrt sein.
  • Im Betrieb der Brennerlanze gemäß Fig. 1 und 2 wird der Brennstoff als Brennstaub-Förderluft-Gemisch durch das Zentralrohr 1 zugeführt und durchströmt in Form eines Strahles mit hoher Geschwindigkeit und hoher Brennstaub-Konzentration aufeinanderfolgend die beiden Aufbereitungskammern 6 und 7. Gleichzeitig damit werden auch über das Luftrohr 9 die beiden Teilluftströme in die Kammern 6 und 7 eingeleitet, und zwar infolge der Anordnung der Ringspalte 12 bzw. 13 jeweils ringförmig um den Brennstaubstrahl herum.
  • Der über den Ringspalt 12 mit Drall in die Kammer 6 eingetretene Teilluftstrom, der eine gegenüber dem Brennstaubstrahl geringere Axialgeschwindigkeit besitzt, überträgt Drallenergie auf die äußere Randzone des Brennstaubstrahles, mit der Folge, daß die Brennstaubteilchn in dieser äußeren Randzone abgetrennt und durch Zentrifugalkraft nach außen transportiert werden. Dabei verringert sich ihre axiale Geschwindigkeitskomponente, und zugleich ergibt sich eine Vermischung dieser Brennstaubteilchen mit dem in der Kammer 6 befindlichen Teilluftstrom.
  • Im Ergebnis setzt sich somit die aus der Kammer 6 in die folgende Kammer 7 übertretende Strömung zusammen aus einem in seinem Durchmesser etwas verringerten, ansonsten aber praktisch unverändert gebliebenen Brennstaub-Kernstrahl und einer darum herum verlaufenden Drallströmung, in der sowohl die Geschwindigkeit als auch die Brennstaub-Konzentration geringer ist als im Kernstrahl.
  • Der mit Gegendrall in die Kammer 7 eingetretene zweite Teilluftstrom trifft im wesentlichen zunächst auf die aus der Kammer 6 stammende Draliströmung und baut deren Drall weitgehend bis vollständig ab. Dabei werden - teils durch den Drall des zweiten Teilluftstromes und teils durch die beim Drallabbau entstehenden Verwirbelungen - auch noch weitere Brennstaubteilchen aus der äußeren Randzone des Brennstaub-Kernstrahles herausgelöst und in die den Kernstrahl umgebende, in Strahlrichtung zunehmend drallfreier und beruhigter werdende Ringströmung überführt. Auf diese Weise ergibt sich schließlich an der Mündung 8 der zweiten Kammer 7, die zugleich die Mündung der Brennerlanze darstellt, das in den Diagrammen gemäß Fig. 10A und 10B dargestellte Strömungsprofil, d. h. es ist an der Mündung 8 nach wie vor ein starker Kernstrahl mit hoher Axialgeschwindigkeit und hoher Brennstaub-Konzentration vorhanden, der von einer sowohl hinsichtlich der Axialgeschwindigkeit als auch der Brennstaub-Konzentration deutlich verringerten Ringströmung umgeben ist.
  • Die aus der Mündung 8 der Brennerlanze austretende Strömung ist in einen in Fig. l und 2 nicht mehr dargestellten Verbrennungsraum gerichtet, dem zugleich über gesonderte Zuleitungen auch die Hauptverbrennungsluft zugeführt wird. Da der in der äußeren, den Kernstrahl umgebenden Ringströmung enthaltene, verhältnismäßig kleine Anteil des insgesamt über das Zentralrohr 1 zugeführten Brennstaubes infolge der Verringerung der Geschwindigkeit und Brennstaub-Konzentration bereits zündfähig aufbereitet ist, kann in dieser Ringströmung bereits in einem kurzen Abstand hinter der Mündung 8 unter den thermischen Bedingungen de-s Verbrennungsraumes eine stabile Zündung einsetzen. Der Kernstrahl, der den größeren Anteil des zugeführten Brennstaubes enthält, bleibt von dieser Zündung zunächst unberührt, wird jedoch im Verlaufe des weiteren Eindringens in den Verbrennungsraum zunehmend mit heißem Rauchgas und aufgeheizter Verbrennungsluft vermischt, so daß er dann auch von seinem Rand aus zur Strahlmitte hin stetig ausbrennt. Somit stellt das in den Fig.
  • 10A und 1QB dargestellte Profil der von der Brennerlanze abgegebenen Strömung sowohl definierte Zündbedingungen als auch eine lange schlanke Flammenform sicher.
  • Im allgemeinen wird die extern dem Verbrennungsraum zugeführte Hauptverbrennungsluft vorgewärmt. Andererseits sind die Förderluft im Zentralrohr 1 und auch die zur Aufbereitung dienende Luft im Luftrohr 9 nicht oder nur begrenzt vorwärmbar.
  • Aus diesem Grunde (aber ebenso auch wegen einer möglichst hohen Brennstaub-Konzentration) sollte der Anteil der Förderluft im Brennstaubstrahl. auf dem geringstmöglichen Wert gehalten Werden Weiterhin ist es aus diesem Grunde zweckmäßig, den Aufbereitungs-Luftstrom mit einem hohen Vordruck zu versehen, damit die erforderliche Drallenergie mit einem geringen Luftvolumenstrom in die Kammern 6 und 7 eingebracht wird.
  • Normalerweise ist bei allen Brennern der Brennstaubstrahl entsprechend den erforderlichen Lastbedingungen (Vollast/-Teillast) regelbar. Eine entsprechende Regelung ist für den Aufbereitungs-Luftstrom vorgesehen, um einen jeweils optimal an den Brennstaubstrahl angepaßten Luftvolumenstrom zu erreichen.
  • Darüber hinaus können innerhalb der Brennerlanze aber auch noch die Bedingungen für die Einwirkung der beiden Teilluftströme aufeinander und auf den Brennstaubstrahl verändert werden, so daß sich für jeden vorgegebenen Brennstaubstrahl mit daran angepaßtem Aufbereitungs-Luftstrom das Strömungsbild an der Lanzenmündung 8 und damit das Zünd- und Ausbrennverhalten der Flamme individuell einstellen läßt.
  • Typische Parameter, die die Einwirkung der beiden Teilluftströme beeinflussen, sind der Volumenstrom der beiden Teilluftströme sowie deren Drallenergie und die wirksame Länge L6 bzw. L7 der Kammern 6 und 7. Somit ist es zweckmäßig, die Brennerlanze so auszubilden, daß neben dem Brennstaubstrahl und dem Aufbereitungs-Luftstrom auch die Verteilung der Aufbereitungsluft auf die beiden Ringspalte 12 und 13, der Drallwinkel der aus den Ringspalten 12 und 13 austretenden Teilluftströme sowie die wirksame Kammerlänge L6 und L7 unabhängig voneinander wählbar oder einstellbar sind. Die dafür erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind in der mehr schematischen Darstellung der Fig. 1 und 2 nicht gezeigt.
  • Durch entsprechende Justierung dieser Verstellgrößen ergibt sich eine Vielzahl von Einwirkungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann mit dem Drallwinkel und/oder den Volumenströmen der beiden Teilluftströme relativ zueinander und/oder der Kammerlänge der Anteil des aus dem Kernstrahl in die Ringströmung übergehenden Brennstaubes, also der Sauerstoffgehalt der Ringströmung verändert werden, während durch den Gesamt-Volumenstrom der beiden Teilluftströme die Axialgeschwindigkeit der Ringströmung an der Lanzenmündung 8 festgelegt werden kann. Damit läßt sich die Zündstelle der Flamme, die sich mit steigender Axialgeschwindigkeit und sinkendem Sauerstoffgehalt der Ringströmung von der Lanzenmündung 8 weg verschiebt, frei bestimmen. E-ine weitere Beeinflussung des Zünd- und Ausbrennverhaltens ist beispielsweise dadurch gegeben, daß der Drall in einem der beiden Teilluftströme in den Kammern 6 oder 7 entfällt oder aber relativ zum Drall des anderen Teilluftstromes so vermindert wird, daß die Ringströmung an der Lanzenmündung 8 mit einem Restdrall austritt und sich im Verbrennungsraum kegelförmig erweitert. In jedem Fall ist es mit diesen Verstellgrößen in einfacher Weise möglich, einerseits jeden Brenner optimal auf die jeweiligen ofenseitigen Erfordernisse einzustellen und andererseits im laufenden Betrieb ein vorgeschriebenes Zünd- und Ausbrennverhalten aufrechtzuerhalten, wenn sich die Lastbedingungen des Brenners oder der Brennstaub hinsichtlich Zündfähigkeit und Heizwert ändern.
  • Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform der Brennerlanze unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 in mehrfacher Hinsicht. Zum einen sind die in Fig. 1 und 2 als feststehend dargestellten Rohrwände 2 und 3 durch'zwei z. B. mittels Gewinde axial verschiebbare Rohrstücke 16 und 17 ersetzt, um die wirksame Länge der Kammern 6 und 7 verändern zu können. Weiterhin erfolgt die Drallerzeugung in diesem Fall nicht durch Leitschaufelgitter, sondern durch tangentiale Bohrungen 10 und 11, die sich vom Innenraum des Luftrohres 9 aus durch die Rohrstücke 16 und 17 hindurch erstrecken und in den Ringspalten 12 bzw. 13 münden. Außerdem ist um die Mündung des Zentralrohr-cs 1 noch ein ringförmiger Sperrblock 15 herumgelegt, der zwischen der Zentralrohr-Mündung und dem zugeordneten Ringspalt 12 eine Sperrfläche 14 (auch als "innere Sperrfläche" bezeichnet) bildet.
  • Diese innere Sperrfläche erzeugt in der äußeren Randzone des Brennstaubstrahls eine Verwirbelung, welche die Überführung von Brennstaubteilchen aus der Strahl-Randzone in die umgebende Drallströmung begünstigt.
  • In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 sind die beiden verschieblichen, die Kammern 6 und 7 begrenzenden Rohrstücke 16 und 17 jeweils mit angeformten Ansatzstücken 18 bzw. 19 versehen und so ausgebildet, daß das Rohrstück 16 mit seinem Ansatzstück 18 das Zentralrohr 1 und das Rohrstück 17 mit seinem Ansatzstück 19 das Luftrohr 9 umgreift. Zur Drallerzeugung sind wiederum tangentiale Bohrungen 10 und 25 vorgesehen, von denen sich die Bohrungen 10 durch das Ansatzstück 18 in den Ringspalt 12 und die Bohrungen 25 durch das Luftrohr 13 erstrecken. Die Bohrungen 10 besitzen dabei einen abgerundeten Einlauf 24, der in gleicher Weise natürlich auch bei den Bohrungen 25 bzw. 11 (Fig.
  • 3 und 4) vorhanden sein kann. Außerdem ist auch wieder eine Sperrfläche 26 vorhanden, die jedoch bei dieser Ausführungsform in das Ansatzstück 16 des Rohrstückes 17 so eingeformt ist, daß sie zwischen den beiden Ringspalten 12 und 13 liegt, also eine "äußere Sperrfläche" in bezug auf den Ringspalt 12 ist. Die aus dem Ringspalt 12 austretende Drallströmung legt sich unter Wirbelbildung an diese äußere Sperrfläche 26 an, was im Ergebnis ebenso wie bei einer inneren Sperrfläche zu einer verstärkten Überführung von Brennstaubteilchen aus der Randzone des Brennstaubstrahles in die umgebende Drallströmung führt. Dabei ist es auch ohne weiteres möglich, in der Brennerlanze zusätzlich zur äußeren Sperrfläche 26 auch noch eine innere Sperrfläche 14 (gemäß Fig. 3) anzuordnen oder aber die Verwirbelung der Drallströmung durch nicht weiter dargestellte Pralleinrichtungen zu vergrößern.
  • Ein weiteres in Fig. 5 gezeigtes Merkmal besteht darin, daß außer an der Mündung des Rohrstückes 16 eine ringförmige Schwelle 31 angeordnet ist, welche die Austrittsöffnung 32 des Ringspaltes 13 auf kurze axiale Länge verengt. Damit kann eine Rückströmung in den Ringspalt 13 und eine dadurch verursachte Verschmutzung verhindert werden. Diese Schwelle 31 kann alternativ auch an dem Rohrstück 17 angeordnet sein, wie die Fig. 8 und 9 erkennen lassen. Weiterhin läßt sich eine entsprechende Schwelle 33, wie aus Fig. 7 bis 9 hervorgeht, auch der Austrittsöffnung 34 des Ringspaltes 12 zuordnen. Je nach konstruktiver Ausbildung können die Schwellen zugleich auch als innere oder äußere Sperrfläche wirken.
  • Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 baut auf der Ausführungsform gemäß Fig. 5 auf und zeigt die Möglichkeit einer Verstellung der Austrittsöffnung 29 des Ringspaltes 13 auf unter schiedliche Öffnungsquerschnitte. Dazu ist eine feststehende, die Kammer 7 begrenzende Rohrwand 20 über ein konisches Zwischenteil 30 mit dem Luftrohr 9 verbunden. Im Bereich dieses konischen Zwischenteils befindet sich die Mündung des die Kammer 6 begrenzenden Rohrstückes 16. Da das Rohrstück 16 ebenso wie in Fig. 5 über sein Ansatzstück 18 längsverschieblich auf dem Zentralrohr 1 gelagert ist, ändert sich bei Verschiebung des Rohrstückes 16 nicht nur die Kammerlänge, sondern zugleich auch der Öffnungsquerschnitt der Austrittsöffnung 29. Der über den Ringspalt 13 zugeführte Teilluftstrom ist in der Ausführungsform der Fig. 7 unverdrallt, kann natürlich aber auch verdrallt sein.
  • Den in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß der Aufbereitungs-Luftstrom iiber ein einziges Rohr 9 zugeführt und dann auf die beiden Teilluftströme flir die Kammern 6 und 7 aufgeteilt wird. In der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist stattdessen eine separate Zufuhr der beiden Teilluftströme vorgesehen, was eine besonders einfache Möglichkeit der Verstellung der beiden Teilluftströme relativ zueinander ergibt.
  • Dazu ist das Luftrohr 9 durch zwei zum Zentralrohr 1 konzentrische Rohre 21 und 22 ersetzt, von denen das innere Rohr 21 über die Bohrungen 10 und den Ringspalt 12 die erste Kammer 6 und das äußere Rohr 22 über die Bohrungen 11 und den Ringspalt 13 die zweite Kammer 7 mit je einem Teilluftstrom versorgt. Das innere Luftrohr 21 geht dabei feststehend in die die Kammer 7 begrenzende Rohrwand 3 über und ist im Bereich dieses Übergangs über eine Zwischenwand 23 gegen das die Kammer 6 begrenzende und analog Fig. 3 auf dem Zentralrohr 1 längsverschiebliche Rohrstück 16 abgedichtet. Das äußere Luftrohr 22 endet im Bereich der Rohrwand 3 und ist gegen diese abgedichtet.
  • Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform entspricht der Ausführungsform gemäß Fig. 8 mit der Ausnahme, daß zwischen dem inneren Luftrohr 21 und dem Zentralrohr 1 noch ein weiteres Luftrohr 27 angeordnet ist, dessen Auslaß 28 die Mündung des Zentralrohres ringdüsenartig umgibt. Über dieses weitere Luftrohr 27 kann ein verstellbarer Antriebs-Luftstrahl zur zusätzlichen Beschleunigung des aus dem Zentralrohr 1 austretenden Brennstaubstrahls zugeführt werden. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Beeinflussung der Flammenform und außerdem auch die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Brennstaubgemisches im Zentralrohr 1 herabzusetzen, was dessen Verschleiß vermindert. Der der ersten Kammer 6 zugeordnete Ringspalt ist in diesem Fall zwischen dem Auslaß 28 und dem Rohrstück 16 gebildet und mit 35 bezeichnet.
  • Vorangehend ist unterstellt worden, daß der Brennstaub-Kernstrahl eine lange schlanke Flammenform ergeben soll und deshalb im wesentlichen unverdrallt ist. Zur Veränderung der Flammenform kann dem Kernstrahl aber auch ein gewisser Drall erteilt werden, beispielsweise durch entsprechende Verdrallung des Brennstaubgemisches im Zentralrohr 1 oder des Antriebs-Luftstrahls oder aber durch entsprechende Einstellung der Einwirkung der beiden Teilluftströme auf den Brennstaubstrahl.
  • f w X Leerseite

Claims (14)

  1. Patentansprüche Brenner mit externer Zündung für staubförmige Brennstoffe, enthaltend ein Zentralrohr zur Zufuhr eines Brennstaubstrahles und mindestens ein weiteres Rohr zur Zufuhr verdrallter Luft in einen die Mündung des Zentralrohres umgebenden Ringspalt, wobei sich an den Ringspalt eine Kammer mit einem gegenüber dem Zentralrohr vergrößerten Durchmesser anschließt, innerhalb der die über das Luftrohr zugeführte Luft auf den Brennstaubstrahl einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kammer (6) eine zweite Kammer (7) angeschlossen ist, welche einen gegenüber der ersten Kammer nochmals vergrößerten Durchmesser besitzt und an der Mündung der ersten Kammer einen zweiten Ringspalt (13) zur Zufuhr weiterer Luft bildet, wobei über die beiden Ringspalte (12) und (13) zwei so aufeinander und auf den aus dem Zentralrohr (1) mit hoher- Geschwindigkeit und hoher Brennstaub-Konzentration austretenden Brennstaubstrahl eingestellte Teilluftströme in die beiden Kammern einleitbar sind, daß an der Brennermündung (8) ein Brennstaub-Kernstrahl und darum herum eine Ringströmung mit gegenüber dem Kernstrahl verringerter Axialgeschwindigkeit und verringerter Brennstaub-Konzentration austritt.
  2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Ringspalten (12 und 13) Drallerzeuger (4, 5 bzw. 10, 11 und 25) zugeordnet sind, welche den über die Ringspalte in die beiden Kammern eingeleiteten Teilluftströmen einen entgegengesetzt gerichteten Drall erteilen.
  3. 3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallwinkel der Drallerzeuger (4, 5 bzw. 10, 11 und 25) von einem Maximalwert bis auf den Wert Null veränderbar ist.
  4. 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge (L6 und L7) der Kammern (6 und 7) einstellbar ist.
  5. 5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (6) durch ein auf dem Zentralrohr (1) längsverschiebliches Rohrstück (16) und die zweite Kammer (7) entweder durch eine relativ zum Zentralrohr feststehende Rohrwand (3) oder ebenfalls durch ein längsverschiebliches Rohrstück (17) gebildet ist.
  6. 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens dem in die erste Kammer (6) mündenden Ringspalt (12) Einrichtungen (14, 26) zur Erzeugung von Verwirbelungen zugeordnet sind.
  7. 7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Verwirbelungen als innere Sperrfläche (14) ausgebildet ist, die zwischen der Mündung des Zentralrohres (1) und der Austrittsöffnung des Ringspaltes (12) angeordnet ist.
  8. 8. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Verwirbelungen als äußere Sperrfläche (26) ausgebildet ist, die zwischen der Austrittsöffnung des Ringspaltes (12) und der Wandung der Kammer (6) angeordnet ist.
  9. 9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austrittsöffnung (32 und 34) mindestens eines Ringspaltes (12 und 13) eine ringförmige Verengung (31 und 33) zur Verhinderung von Rückströmungen in den Ringspalt hinein vorgesehen ist.
  10. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringspalte (12 und 13) einlaßseitig mit einem gemeinsamen Luftrohr (9) verbunden sind.
  11. 11. Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt (29) eines der Ringspalte (12 und 13) relativ zum anderen Ringspalt einstellbar ausgebildet ist.
  12. 12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durch ein längsverschiebliches Rohrstück (16) gebildete erste Kammer (6) gegen ein konisches Wandungsteil (30) verschieblich ist.
  13. 13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Ringspalte (12 und 13) einlaßseitig mit einem gesonderten Luftrohr (21 und 22) verbunden ist.
  14. 14. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Zentralrohres (1) mit einem ringdüsenartigen Auslaß (28) umgeben ist, der mit einem weiteren Luftrohr (27) für Antriebsluft zur axialen Beschleunigung des Brennstaubstrahles verbunden ist, wobei der erste Ringspalt (35) zwischen dem Auslaß und der Wandung der ersten Kammer (6) gebildet ist.
DE19823245488 1982-12-06 1982-12-06 Brenner mit externer zuendung fuer staubfoermige brennstoffe Withdrawn DE3245488A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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BE1000289A5 (fr) * 1987-02-04 1988-10-11 Lhoist S A Bruleur pour combustible solide finement divise.

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