DE3310500C2 - Brenner zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstaub - Google Patents

Abstract

Bei einem Brenner zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstäuben, mit einer zentrisch im Brenner und in einem Schutzrohr (1) angeordneten Zündeinrichtung (2), einer die Zündeinrichtung umgebenden ringartigen Staubluftzufuhreinrichtung (4), einer die Staubluftzufuhreinrichtung umgebenden ringartigen Sekundärluftzufuhreinrichtung (9) und einer feuerfesten Muffel (11) mit mindestens einem konisch erweiterten Abschnitt (11a), in dem die Staubluft und die zumindest teilweise verdrallte Sekundärluft eintreten, sollen die Strömungs- und Ausbrandverhältnisse verbessert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß auf dem freien Ende des Zündeinrichtungsschutzrohrs (1) ein Aufweitring (8) für die Aufweitung des aus der als gerades Rohr (4) ausgebildeten Staubluftzufuhreinrichtung austretenden Staubluftstrahls vorgesehen ist, daß die Sekundärluftzufuhreinrichtung als zum Staubluftrohr (4) konzentrisches gerades Rohr (9) ausgebildet ist, in dem eine Dralleinrichtung (14) angeordnet ist, und daß sich an dem konisch erweiterten Abschnitt (11a) der feuerfesten Muffel (11) ein zur Brennerachse im wesentlichen senkrechter Sprungabschnitt (11b) und an diesen Sprungabschnitt (11b) ein in seinem Durchmesser im wesentlichen konstanter Zylinderabschnitt (11c) anschließen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstaub, mit einem Staubrohr, einer zentrisch im Brenner angeordneten Zündeinrichtung, einem zwischen Zündeinrichtung und Staubrohr angeordneten Schutzrohr, das aus dem freien Ende des Staubrohrs vorragt und an seinem freien Ende einen Aufweitring für die Aufweitung des aus dem Staubrohr austretenden Staubluftstroms trägt, und einem das Staubrohr umgebenden Sekundärluftrohr, in dem eine Dralleinrichtung angeordnet ist, wobei die Staubluft und die verdrallte Sekundärluft über eine feuerfeste Muffel mit mindestens einem konischen Abschnitt in den Feuerraum der Feuerung eintreten.

Aus der DE-OS 31 25 901 ist ein solcher Brenner bekannt, der als Hochleistungsbrenner an Großkesseln in mit Kohle gefeuerten Kraftwerksblöcken eingesetzt wird. Bei dem bekannten Brenner ist die feuerfeste Muffei, über die die Staubluft und die verdrallte Sekundär luft in den Feuerraum eintreten, nicht Bestandteil des Brenners, sondern Bestandteil der Kesselwandung. Darüber hinaus wird bei einem Hochleistungsbrenner für Großkessel eine erhebliche Luftmenge als Kernluft

ίο durch das Schutzrohr für die Zündlanze in den Feuerraum eingeführt. Nur bei Großkesseln reicht ein Zündgürtel zur Stabilisierung der Feuerung aus. Daher sind Erkenntnisse, die .an Großkessem gewonnen werden, nicht ohne weiteres auf kleinere Feuerungen zu über tragen. Bei kleineren Anlagen ergaben die Zündmuffeln bisher keine befriedigenden Ergebnisse hinsichtlich Zündstabilisierung und Ausbrand.

Daher wurden bei Brennern zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen in Feuerungen für kleine und mittlere Leistungen andere Wege beschriften, wie dies z. B. bei dem in »Energiewirtschaftliche Tagesfragen«, 31. Jahrgang (1981), Seiten 622—624, beschriebenen Kombibrenner der Fall ist, in dem im Brennerzentrum eine Gas- oder öllanze vorgesehen ist, mit deren Hilfe das für die Zündstabilisierung und Ausbrand erforderliche Feld hoher Temperaturen erzeugt und die fortlaufend mit der Zufuhr von staubförmigem Brennstoff betrieben wird. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art so zu gestalten, daß er in Feuerungen für kleine und mittlere Leistungen einsetzbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an dem konisch erweiterten Abschnitt der feu erfesten Muffeln ein zur Brennerachse im wesentlichen senkrechter Sprungabschnitt und an diesen ein in seinem Durchmesser im wesentlichen konstanter Zyiinderabschnitt anschließen, dessen Länge größer ist als der Durchmesser des Sprungabschfiitts. und der an seinem freien Ende mit dem Feuerraum veroindbar ist, und daß im Sprungabschnitt mehrere im wesentlichen gleichmäßig um den Umfang herum verteilte und nach innen geneigte Tertiärluftkanäle angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Muf fei und Zuordnung der Muffel zum Brenner wird er reicht, daß sich innerhalb der Muffel im Bereich der Flammenwurzel eine Rückströmung ausbildet, die eine stabile Zündung des eingebrachten Brennstoffes gewährleistet, wobei durch den Sprungabschnitt und den daran anschließenden Zylinderabschnitt in definierter Weise heiße Rauchgase in die Flamme zurückgeführt werden. Dabei ermöglichen die in dem Sprungabschnitt angeordneten und nach innen geneigten Tertiärluftkanäle eine Anpassung an verschiedene Brennstoffe und Verbrennungsbedingungen. Hierzu gehört insbesondere die Anpassung an verschiedene Kohlesorten oder an verschiedene Kesselkonfigurationen, denen der Brenner zugeordnet werden soll und die ggf. unterschiedliche Flammenausbildungen erforderlich machen, z. B.

Flammrohrkessel. Die Neigung nach innen führt dazu, daß die Tertiärluftkanäle in Richtung der Rückströmung der Rauchgase im Sprungbereich wirken..

Um bei Revisionen den Brenner leichter überprüfen zu können und um eine Anpassung an verschiedene Kessel vornehmen zu können, ist es weiterhin zweckmäßig, daß der Sprungabschnitt und der erweiterte Abschnitt zusammen mit den anderen Brennerbauteilen lösbar mit dem zylindrischen Abschnitt verbunden sind.

Vorzugsweise sind die Tertiärluftkanäle mit einer auf der Außenseite des Sprungabschnitts angeordneten Tertiärluftkammer verbunden, die im wesentlichen den konisch erweiterten Abschnitt der Muffel umgibt

Bei dieser Anordnung wird auf einfache Weise eine Beaufschlagung der Tertiärluftkanäle und gleichzeitig eine Kühlung des Sprungabschnitts und des konisch erweiterten Abschnitts erreicht Die Kühlung dieser Abschnitte entspricht zugleich einer weiteren Erwärmung der Tertiärluft

Von Vorteil ist es, wenn der Zylinderabschnitt der Muffe! von einer Kühleinrichtung umgeben ist Dabei wird bevorzugt, daß der Zylinderabschnitt von einem Mantel umgeben ist, der von der in das Sekundärluftrohr einströmenden Luft durchströmt wird.

Die Erfindung richtet sich auch auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Brenners und der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen bei einem Flammrohrkessel. Aus der Zeitschrift »Wärmetechnik« 11,1982, Seiten 400—406, insbesondere Seite 403, Abbildung 3, ist zwar ein Flammrohrkessel mit zylindrischer Vorbrennkammer bekannt der ein Kohiestaubbrenner zugeordnet ist Die Ausgestaltung der Vorbrennkammer in Form eines einzigen zylindrischen Abscknittes ist nur zur Verfeuerung von zündwilligen gasreichen Kohlenstaub geeignet Ein Rückstromgebiet kann sich bei der bekannten Anordnung Brenner/Vorbrennkammer nicht ausbilden. Darüber hinaus ist eine Zufuhr von Tertiärluft nicht vorgesehen. Bei dem bekannten Flammrohrkessel erfolgt allerdings auch eine Kühlung der Vorbrennkammer durch Zufuhr von Kesselwasser zur Vorbrennkammer und Abfuhr eines Dampf-Wasser-Gemisches.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners soll nun anhand der Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Brenners und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Brenners zur Darstellung des Anschlusses des Brenners an einen Kessei (Flammrohrkessel).

In einem mittig angeordneten Schutzrohr 1 ist eine Gaslanze 2 als Zündeinrichtung mittels Stützblechen 3 zentrisch gehalten. Der zwischen der Gaslanze 2 und dem Schutzrohr 1 verbleibende Ringraum ist mit einer nicht gezeigten Kühlluftquelle verbunden.

Das Schutzrohr 1 ist mit Abstand von einem Staubrohr 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. Im Eintragbereich ist das Schutzrohr gegen Verschleiß durch eine Prallhülse 7 gesichert.

Das vordere Ende des Schutzrohrs 1 ragt aus dem Staubrohr 4 vor und trägt einen konischen Aufweitring 8, der mit dem Schutzrohr 1 verschweißt ist

Das Staubrohr 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 konisch erweiterten Abschnitt lla einer feuerfesten Muffel 11 öffnet. Die Flanschverbindung 12 zwischen Sekundärluftrohr 9 und einem den erweiterten Abschnitt lla umgebenden Mantelblech 13 ist lösbar. Der Aufweitring 8 weitet den aus dem Ringraum zwischen Schutzrohr 1 und Staubrohr 4 austretenden Staubluftstrom auf und lenkt ihn in die Sekundärluft ab, die mittels eines in dem Sekundärluftrohr als Dralleinricht jng angeordneten Drallschaufelkranzes 14 verdrallt wird.

Der Abschnitt lla geht einstückig in einen im wesentlichen senkrechten Sprungabschnitt HZ» über, dem dasselbe Mantelblech 13 zugeordnet ist

Der Sprungabschnitt tl£> ist in einen Zylinderabschnitt lic eingeschoben, dem ein Mantelblech 16 zugeordnet ist Die Flanschverbindung 17 zwischen Mantelblech 13 und Abschnitt llcist lösbar.

In dem senkrechten Sprungabschnitt 116 sind mehrere gleichmäßig um den Umfang herum verteilte und nach innen geneigte Tertiärluftkanäle 18 ausgebildet

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 Zylinderabschnitt Hc 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 Luftqueile, z. B. Wärmetauscher mit Rauchgas, zugeführt wird.

Für die Beaufschlagung der Tertiärluftkanäle ist auf der Außenseite des Abschnitts Ha und des Sprungabschnitt« 116 der Muffel 11 unter Ausnutzung des Mantelbleches 13 eine Tertiärluftkammer 23 ausgebildet die über zwei Tertiärluftleitungen 24 und 25 mit dem Sekundärluftzufuhrkanal 10 verbunden sind. Die Tertiärluftleitungen 24 und 25 münden an diametral gegenüberliegenden Stellen in die Tertiärluftkammer 23 ein. In jeder der Leitungen ist eine ggf. motorisch betätigbare Klappe 26 oder ein anderes Ventil angeordnet

Die Keramikmasse der Muffe! ist über einen gekühlten Zwischenring 29 bis zum Anschluß an ein Flammrohr 30 verlängert, dessen erste Welle in der F i g. 2 mitdargestellt ist Selbstverständlich kann der Brenner auch bei anderen Kesseln als Flammrohrkesseln zum Einsatz kommen zur Demontage des Brenners m Bereich der lösbaren Verbindung 31 am Kessel ist in der feuerfesten Masse eine Trennfuge 32 vorgesehen.

Eei Betrieb des Brenners wird zunächst die Gaslanze beaufschlagt und durch einen elektrischen Zünder gezündet; dabei wird Kühlluft und Sekundärluft zugeführt. Nach einer hinreichenden Vorheizzeit wird das Staubrohr mit Kohlenstaub beaufschlagt. Dieser wird in den Sekundärluftstrom hinein abgelenkt und mit der Sekundärluft und der Gasflamme unter Rückströmung vermischt und so der Kohlenstaub gezündet Nach Zündung bildet sich in dem durch den Sprungabschnitt Wb und den Zylinderabschnitt lic eine Rauchgas zurückführende weitere Rückströmung aus. in die über die Tertiärluftkanäle 18 Tertiärluft eingeführt wird. Die Lanz' wird durch die in dem Schutzrohr strömende Kühlluft geschützt.

Aus dem Staubrohr 4 und dem Sekunciärluftrohr 9 treten eindeutig gerichtete Ströme aus, so daß sich an der Wandung des Abschnittes lla die Rückströmung ausbildet Der Sprungabschnitt sorgt für Rückführung von heißen Rauengasen 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 Feuerraum ist ein ungehemmter Eintritt der Flamme in das Flammrohr sichergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Brenner zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstaub,

mit einem Staubrohr, einer zentrisch im Brenner angeordneten Zündeinrichtung, einem zwischen Zündeinrichtung und Staubrohr angeordneten Schutzrohr, das aus dem freien Ende des Staubrohrs vorragt und an seinem freien Ende einen Aufweitring für die Aufweitung des aus dem Staubrohr austretenden Staubluftstroms trägt, und einem das Staubrohr umgebenden Sekundärluftrohr, in dem eine Dralleinrichtung angeordnet ist, wobei die Staubluft und die verdrallte Sekundärluft über eine feuerfeste Muffel mit mindestens einem konischen Abschnitt in den Feuerraum der Feuerungeintreten, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den konisch erweiterten Abschnitt (11 a) der feuerfesten Muffel (11) ein zur Brennerachse im wesentlichen senkrechter Sprungabschnitt (116J und an diesen ein in seinem Durchmesser im wesentlichen konstanter Zylinderabschnitt (Ii c^ anschließen, dessen Länge größer ist als der Durchmesser des Sprungabschnitts (Hi)J und der an seinem freien Ende mit dem Feuerraum verbindbar ist, und daß im Sprungabschnitt (Hb) mehrere im wesentlichen gleichmäßig um den Umfang herum verteilte und nach innen geneigte Tertiär'.uftkanäle (18) angeordnet sind.

2. Brenner nach Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, dab der Sprungabschnitt (Hb) und der erweiterte Abschnitt (tta)zusa- imen mit den anderen Brennerbauteilen (1,2, (, 9.10) lösbar mit dem Zylinderabschnitt (HcJ verbunden si J-

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tertiärluftkanäle (18) mit einer auf der Außenseite des Sprungabschnitts (Wb) angeordneten Tertiärluftkammer (23) verbunden sind, die im wesentlichen den konisch erweiterten Abschnitt (Haider Muffel (11) umgibt

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderabschnkt (HqJ der Muffel von einer Kühleinrichtung umgeben ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderabschnitt (Wc) von einem Mantel (20) umgeben ist, der von der in das Sekundärluftrohr (9) einströmenden Luft durchströmt wird.

6. Verwendung des Brenners nach einem der Ansprüche 1 —5 bei einem Flammrohrkessel.