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Stichwort: Industriebrenner
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Brenner zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen und Verfahren
zum Betrieb einer Brennstaubbrennerflamme Die Erfindung betrifft einen Brenner der
im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art.
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Aus "Energiewirtschaftliche Tagesfragen", 31. Jahrgang (1981), Seiten
622 - 624 ist ein Kombibrenner bekannt, der in Kohlefeuerungen für kleine und mittlere
Leistungen einsetzbar sein soll.
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Um die Zändeinrichtung herum sind von Innen nach Außen eine Primärluftzufuhreinrichtung,
eine Sekundärluftzufuhreinrichtung für unverdrallte Sekundärluft, eine Brennstaubzufuhreinrichtung
und eine Sekundärluftzufuhreinrichtung für verdrallte Sekundär luft mit ringartigen
Austrittsöffnungen vorgesehen, wobei die beiden Sekundärluftströme und der Staubluftstrom
zur Mitte der feuerfesten Muffel hin ausgerichtet sind. In dem Brenner sind für
die Luft- und Brennströme relativ kurze Strömungswege vorgesehen, so daß die Gefahr
besteht, daß eindeutig gerichtete Strömungsverhältnisse nur bei verhältnismäßig
hohen Druckverlusten erzielt werden können.
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Weiterhin geht der konisch erweiterte Abschnitt der Muffel unter einem
kleinen Winkel in einen sich ebenfalls
konisch erweiternden Abschnitt
über, der mit dem Brennraum des Kessels verbunden ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner zu schaffen,
bei dem eindeutig gerichtete Strömungsverhältnisse bei verhältnismäßig geringen
Druckverlusten und verbesserte Bedingungen für Zündung und Ausbrand vorliegen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Brenner der vorstehend beschriebenen
Art dadurch erreicht, daß auf dem freien Ende des Zündeinrichtungschutzrohrs ein
Aufweitring für die Aufweitung des aus der als gerades Rohr ausgebildeten Staub
luftz ufuhre inrichtung austretenden Staubluftstrahls vorgesehen ist, daß die Sekundärluftzufuhreinrichtung
als zum Staubluftrohr konzentrisches gerades Rohr ausgebildet ist, in dem eine Dralleinrichtung
angeordnet ist, und daß sich an den konisch erweiterten Abschnitt der feuerfesten
Muffel ein zur Brennerachse im wesentlichen senkrechter Sprungabschnitt und an diesen
Sprungabschnitt ein in seinem Durchmesser im wesentlichen konstanter Zylinderabschnitt
anschließen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brenners ist sichergestellt,
daß am Austritt der als längere Rohre ausgebildeten Zufuhreinrichtungen in den erweiterten
Abschnitt eindeutig gerichtete Strömungsverhältnisse vorliegen und sich im Bereich
der Flammenwurzel im erweiterten Abschnitt eine Rückströmung ausbildet, die ein
sicheres Zünden des eingebrachten Brennstaubs gewährleistet. Durch den Sprungabschnitt
und den daran anschließenden Zylinderabschnitt wird zusätzlich erreicht, daß heißes
Rauchgas in die aus dem erweiterten Abschnitt austretende Flamme rückgeführt werden,
d. h. ein weiteres definiertes äußeres Rückstromgebiet aufgebaut wird, das die Zündung
unterstützt. Der Durchmesser
des Sprungabschnitts ist kleiner als
die Länge des zylindrischen Abschnitts der Muffel und kann vorzugsweise bei Verwendung
des Brenners an einem Flammrohrkessel direkt dem Durchmesser des Flammrohrs entsprechen.
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Vorzugsweise sind in dem Sprungabschnitt mehrere im wesentlichen gleichmäßig
über den Umfang verteilte Tertiärluftkanäle angeordnet. Durch Zufuhr von Tertiär
luft über die Tertiärluftkanäle wird ein weiterer Regelparameter neben Staubluft
und Sekundärluft eingeführt, wodurch ein besseres Teillastverhalten des Brenners
erzielt wird. Weiterhin ermöglicht die Zufuhr der Tertiärluft eine erweiterte Anpassung
des Brenners an verschiedene Brennstoffe und Verbrennungsbedingungen. Hierzu gehört
insbesondere die Anpassung an verschiedene Kohlesorten oder an verschiedene Kesselkonfigurationen,
denen der Brenner zugeordnet ist und die ggf. unterschiedliche Flammenausbildungen
erforderlich machen, z. B. Flammrohr kessel. Die Tertiärluftkanäle sind zweckmäßigerweise
nach Innen geneigt angeordnet, um in Richtung der Rückströmung der Rauchgase im
Sprungbereich zu wirken. Dabei wird weiter bevorzugt, daß die Tertiärluftdüsen frei
von Dralleinrichtungen sind, d. h. die Tertiärluft wird unverdrallt in den zylindrischen
Abschnitt eingeführt.
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Um bei Revisionen den Brenner leichter überprüfen zu können und um
Anpassungen an verschiedene Kessel vornehmen zu können, ist es weiterhin zweckmäßig,
daß der Sprungabschnitt und der erweiterte Abschnitt der Muffel zusammen mit den
übrigen Brennerbauteilen lösbar mit dem zylindrischen Abschnitt der Muffel verbunden
sindç Damit das Ende des Staubluftrohres die Aufweitung des Staubluftstrahls nicht
behindert, ist in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, daß das Zündeinrichtungsschutzrohr
aus dem freien Ende des Staubluftrohrs vorragt.
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Der Aufweitring auf dem freien Ende des Schutzrohrs
kann
dabei als Aufweitung des Zündeinrichtungsschutzrohrs selbst oder als gesondert gefertigter
Ring ausgebildet sein, der auf dem Zündeinrichtungsschutzrohr befestigt ist.
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Um eine einfache Beaufschlagung der Tertiärluftkanäle zu erreichen
und um den erweiterten Abschnitt der Brennermuffel zu kühlen, ist in zweckmäßiger
Ausgestaltung vorgesehen, daß die Tertiärluftkanäle mit einer auf der Außenseite
des Sprungabschnitts angeordneten Tertiärluftkammer verbunden sind, die im wesentlichen
den konisch erweiterten Abschnitt der Muffel umgibt.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Tertiärluftkammer über mindestens
einen Verbindungskanal mit einer einstellbaren Klappe mit einem zum Sekundärluftrohr
führenden Luftzufuhrkanal verbunden ist; bei Brennern ist die Aufspaltung eines
zugeführten Luftstroms in mehrere Teilströme an sich bekannt.
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Von Vorteil ist es, wenn der Zylinderabschnitt der Muffel von einer
Kühleinrichtung umgeben ist. Eine Möglichkeit besteht darin, daß der Zylinderabschnitt
mit Abstand von einem Mantel umgeben ist, der von der in den Sekundärluftzufuhrkanal
einströmenden Luft durchströmt wird.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der zylindrische Abschnitt
von mit feuerfestem Material verkleideten Membranwänden gebildet ist, die von Wasser
durchströmt sind.
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Die Dralleinrichtung kann - in an sich bei Rundbrennern bekannter
Weise - ein starrer oder verstellbarer Drallschaufelkranz sein. Falls erforderlich
kann der Kranz auch axialverschieblich auf dem Staubrohr gelagert sein.
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Als Zündeinrichtungen kommen elektrisch zündbare bl-oder Gaslanzen
oder direkt zündende elektrische Zünder in Frage; dabei verbleibt zwischen dem Schutzrohr
und der Lanze ein mit Kühl- bzw. Kernluft beaufschlagbarer Ringraum.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer
Brennerstaubflamme, bei dem ein Brennstaubstrahl umgeben von einem verdrallten Sekundärluftstrahl
in einen Muffelbrennraum eingeführt und im Wurzelbereich der Brennerflamme ein interner
Rückstrom aufgebaut wird, insbesondere auf ein Verfahren zum Betrieb des vorstehend
beschriebenen Brenners.
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Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in Strahlrichtung des
Brenners gesehen im internen Rückstromgebiet der Brennquerschnitt der Flamme sprungartig
um einen Betrag vergrößert wird, der wesentlich kleiner ist als die Länge der Brennstaubflamme
und zu einem definierten äußeren Rückstrom führt.
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In dem Anfang des im Durchmesser vergrößerten Flammenabschnitts wird
vorzugsweise zusätzlich Tertiärluft eingeführt, um den Betrieb des Brenners an verschiedene
Teillasten und/oder Brennstoffe und/oder Verbrennungsbedingungen anpassen zu können.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners soll nun anhand
der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden Es zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt
durch eine Ausführungsform des Brenners und
Fiaur 2 einen Längsschnitt
durch einen Teil des Brenners zur Darstellung des Anschlusses des Brenners an einen
Kessel (Flammrohrkessel).
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In einem mittig angeordneten Schutzrohr 1 ist eine Gaslanze 2 mittels
Stützblechen 3 zentrisch gehalten. Der zwischen der Gaslanze 2 und dem Schutzrohr
1 verbleibende Ringraum ist mit einer nicht gezeigten Kühlluf-tquelle verbunden.
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Das Schutzrohr 1 ist mit Abstand von einem Staubluftrohr 4 umgeben,
das sich am vorderen Ende mittels Stützblechen 5 auf dem Schutzrohr 1 abstützt und
am hinteren Ende mit einer Staubeintrittskammer 6 verbunden ist, die mit einer nicht
gezeigten Brennstaubquelle verbunden ist. Die Staubquelle kann eine Brennstoffmühle
oder ein Brennstaubvorratssilo sein. Im Eintragbereich ist das Schutzrohr gegen
Verschleiß durch eine Prallhülse 7 gesichert.
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Das vordere Ende des Schutzrohrs 1 ragt aus dem Staubluftrohr 4 vor
und trägt einen Aufweitring 8, der mit dem Schutzrohr 1 verschweißt ist. Der Ring
besteht aus einem besonders verschleißfesten Material und ist konisch ausgebildet.
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Das Staubluftrohr ist mit Abstand von einem Sekundärluftrohr 9 umgeben,
das an seinem hinteren Ende in einen Sekundärluftzufuhrkanal 10 mündet und sich
an seinem vorderen Ende zu einem erweiterten Abschnitt 11a einer feuerfesten Muffel
11 öffnet. Die Flanschverbindung 12
zwischen Sekundärluftrohr 9
und einem den Abschnitt l1a umgebenden Mantelblech 13 ist lösbar. Der Aufweitring
8 weitet den aus dem Ringraum zwischen Schutzrohr 1 und Staubluftrohr 4 austretenden
Staub luftstrom auf und lenkt ihn in die Sekundärluft ab, die mittels eines in dem
Sekundärluftrohr angeordneten Drallschaufelkranzes 14 verdrallt wird.
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Der Abschnitt 11a geht in einen flanschartigen Sprungabschnitt lib
über, dem dasselbe Mantelblech 13 zugeordnet ist. Die Abschnitte 11a und 11b sind
einstückig miteinander ausgebildet.
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Der Sprungabschnitt 11b ist in einen zylindrischen Muffelabschnitt
11c eingeschoben, dem ein Mantelblech 16 zugeordnet ist. Die Flanschverbindung 17
zwischen Mantelblech 13 und Abschnitt 11c ist lösbar.
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In dem Abschnitt 11b sind mehrere gleichmäßig um den Umfang herum
verteilte Tertiärluftkanäle 18 ausgebildet.
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Mit Abstand vom Mantelblech 16 ist ein weiterer Mantel 20 angeordnet,
der an seinem rechten Ende mit dem Stirnflansch und an seinem linken Ende - wie
auch das Mantelblech 16 - mit einem Brenneranschlußblech 21 derart verbunden ist,
daß um den Abschnitt 11c ein ringförmiger Luftführungsraum ausgebildet ist. Der
ringförmige Luftführungsraum ist mit dem Sekundärluftzufuhrkanal 10 und an einer
diametral gegenüberliegenden Stelle mit einem Warmluftzufuhrkanal 22 verbunden,
über den dem Brenner vorgewärmte Luft von einer nicht gezeigten Luftquelle, z. B.
Wärmetauscher mit Rauchgas, zugeführt wird.
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Für die Beaufschlagung der Tertiärluftkanäle ist auf der Außenseite
der Abschnitt 11a und 11b der Muffel 11 unter Ausnutzung des Mantelbleches 13 eine
Tertiärluftkammer 23 ausgebildet, die über zwei Tertiärluftleitungen 24 und 25 mit
dem Kanal 10 verbunden sind. Die Leitungen 24 und 25 münden an diametral gegenüberliegenden
Stellen in die Kammer 23 ein. In jeder der Leitungen ist eine ggf. motorisch betätigbare
Klappe 26 oder ein anderes Ventil angeordnet. Der Brenner ist mit einem nicht gezeigten
elektrischen Zünder versehen, der in den Abschnitt 11a einführbar ist, um bei Beaufschlagung
der Lanze 2 mit Gas das aus der Lanze austretende Gas zu zünden.
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Die Keramikmasse der Muffel ist über einen gekühlten Zwischenring
29 bis zum Anschluß an ein Flammrohr 30 verlängert, dessen erste Welle in der Figur
2 mitdargestellt ist. Selbstverständlich kann der Brenner auch bei anderen Kesseln
als Flammrohrkesseln zum Einsatz kommen. Zur Demontage des Brenners im Bereich der
lösbaren Verbindung 31 am Kessel ist in der feuerfesten Masse eine Trennfuge 32
vorgesehen.
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Bei Betrieb des Brenners wird zunächst die Gaslanze beaufschlagt und
durch den elektrischen Zünder gezündet; dabei wird Kühlluft und Sekundärluft zugeführt.
Nach einer hinreichenden Vorheizzeit wird das Staubluftrohr mit Kohlenstaub beaufschlagt.
Dieser wird in den Sekundärluftstrom hinein abgelenkt und mit der Sekundär luft
und der Gasflamme unter Rückströmung vermischt und so der Kohlenstaub gezündet.
Nach Zündung bildet sich in dem durch den Sprungabschnitt 11b und den Zylinderabschnitt
11c eine Rauchgas zurückführende weitere Rückströmung aus, in die über die Tertiärluftkanäle
18 Tertiärluft eingeführt wird. Die Lanze wird durch die in dem Schutzrohr strömende
Kühlluft geschützt.
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Aus den Rohren 4 und 9 treten eindeutig gerichtete Ströme aus, so
daß sich an der Wandung des Abschnittes 11a die Rückströmung ausbildet. Der Sprungabschnitt
sorgt für Rückführung von heißen Rauchgasen aus dem zylindrischen Abschnitt in den
aus dem erweiterten Abschnitt austretenden Gas-Brennstoff-Strom. Durch die Ausbildung
des zylindrischen Abschnittes und dessen Fortführung in den Kesselraum ist ein ungehemmter
Eintritt der Flamme in das Flammrohr sichergestellt.