DE3312353C2 - Kohlenstaubbrenner - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kohlenstaubbrenner kleiner bis mittlerer Leistung mit einer in eine Brennkammer mündenden Brennstoffdüse, der der Kohlenstaub mit einem Trägergas pneumatisch zugeführt wird, und mit einem zu- und abschaltbaren Zündbrenner vorgeschlagen, der einen vollständigen Ausbrand des Kohlenstaubs dadurch gestattet, daß die Brennstoffdüse den Zündbrenner bzw. die Zündflamme konzentrisch umgibt und als Ringspaltdüse ausgebildet ist, die innerhalb des Brennraums umfangsseitig Injektoröffnungen zum Ansaugen von heißen Brenngasen aufweist. Das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch wird vorzugsweise durch Wärmeaustausch am Außenmantel des Brennerrohrs auf ca. 600°C vorgewärmt und enthält dann in der injektorartigen Ringspaltdüse aufgrund der Rezirkulation von Verbrennungsgasen durch die Injektoröffnungen in die Ringspaltdüse eine Vorwärmtemperatur von 800 bis 1000°C, mit der es in die Brennkammer einströmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner mit einer in eine Brennkammer mündenden Brennstoffdüse, der der Kohlenstaub mit einem Trägergas auf wenigstens 800⁰C vorgewärmt pneumatisch zugeführt wird und mit einem zu- und abschaltbaren Zündbrenner, wobei die Brennstoffdüse als Ringspaltdüse ausgebildet und mit Injektoröffnungen zum Ansaugen heißer Verbrennungsabgase aus der Brennkammer versehen ist.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Kohlenstaubbrennern kleiner bis mittlerer Leistung, bei denen der Kohlenstaub aus einem Vorratsbunker pneumatisch dem Brenner zugeführt wird und das hierfür verwendete Transport- oder Trägergas zumindest anteilig der Verbrennung dient, beispielsweise Luftsauerstoff oder auch Verbrennungsabgase zur Vorheizung des Kohlenstaubs enthält.

Bei einem bekannten Brenner (GB-PS 3 13 368) dieses Aufbaus ist die Ringspaltdüse zwischen zwei konzentrischen Rohren ausgebildet, von denen das innere Rohr im Bereich der Düsenverengung die Injektoröffnungen aufweist.

Als Trägergas für die Zuführung des Kohlenstaubs wird die Primärluft verwendet. Das die Brennstoffdüse durchströmende Kohlenstaub/Primärluft-Gemisch wird im Bereich der Düsenverengung so stark beschleunigt, daß über die Injektoröffnungen heiße Verbrennungsabgase aus der Brennkammer angesaugt werden. Die Verbrenniingsabgase werden durch das innere "ohr der Düse aus dem Zentrum der Flamme abgesaugt. Durch das Zumischen dieser heißen Gase in der Düse wird eine Erwärmung des Kohlenstaub/F'rimärluft-Gemisches und damit eine Erhöhung der Zündwilligkcit des Gemi

sches erhalten.

In der Praxis wird hierbei aber häufig keine genügend hohe Temperatur für eine ausreichende Zündwilligkeit des Gemisches erreicht, da das Ansaugen aus dem Zentrum der Flamme nicht hinreichend funktioniert und ferner aufgrund der Lage der Injektoröffnungen außerhalb der Brennkammer die Rezirkulation der Veibrennungsabgase auf einem relativ langen Weg außerhalb der Brennkammer erfolgt, so daß sich die angesaugten Verbrennungsabgase abkühlen, noch bevor sie in der Düse zugemischt werden.

Nachteilig ist ferner, daß auch im Falle ausreichender Zündwilligkeit des Gemisches jedoch keine stabile Kohlenstaubflamme erhalten wird. Aufgrund der Konstruktion des Brenners kann die Zündung nur von außen erfolgen, dies bedeutet, daß die Zündflamme nur Außenbereiche des aus der Düse austretenden Brennstoffgemisches bzw. der Kohlenstaubflamme erfaßt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kohlenstaubbrenner des eingangs genannten Aufbaus so weiterzubilden, daß eine sichere Zündung gewährleistet und eine stabile Kohlenstaubflamme erhalten wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringspaltdüse den Zündbrenner bzw. die Zündflamme umgibt und die Injektoröffnungen umfangsseitig und innerhalb des Brennraums aufweist.

Durch die mit der Erfindung vorgesehene Anordnung des Zündbrenners :izw. der Zündflamme im Zentrum der Ringspaltdüse <;ann die Zündflamme das aus der Düse austretende lirennstoffgemisch voll erfassen, so daß unter der Voraussetzung ausreichender Zündwilligkeit des Gemisches sichere Zündung und eine stabile Kohlenstaubflamnw gewährleistet ist. Dadurch, daß die Injektoröffnungen isrfindungsgemäß am Umfang der Düse innerhalb der Brennkammer angeordnet sind, werden Konstruktionen möglich, bei denen die Rezirkulation der Verbrenr ungsabgase aus der Brennkammer in die Ringspaltdüsi;:· auf kurzem Weg erfolgt, so daß heiße Verbrennungsabgase in die Düse zugemischt werden und demzufolge je nach Geschwindigkeit und Massendurchsatz in der Düse eine Erwärmung des Kohlenstaubträgergasgemisches auf 800— 1000° auf einer kurzen Strecke innerhalb der Brennstoffdüse erreicht wird. Die Düsenaustrittstemperatur des so vorgewärmten Brennstoffes liegt dii nn so hoch, daß gute Zündwilligkeit gewährleistet ist.

Ferner findet aufgrund der hohen Vorwärmtemperatur und der Rückführung von Verbrennungsabgasen in den Trägergasstrorri an der Oberfläche der Kohlen-Staubpartikel eine Reduktion des CO₂ der Verbrennungsabgase zu CO statt, was die Zündung stabilisiert und die Verbrennung zusätzlich begünstigt. Die pneumatische Förderung des Kohlenstaub-Trägergasgemisches und die Ausbidung der Ringspaltdüse sollte so getroffen sein, daß im Injektorteil der Düse Geschwindigkeiten zwischen 50 und 80 m/s erreicht werden.

Die nur sehr kurze Ausbildung der Ringspaltdüse macht es möglich, die: thermische Beanspruchung, insbesondere die Dehnungen ohne weiteres aufzunehmen.

Ausreichend temperaturfeste keramische Werkstoffe für diesen kurzen Teil der Brennstoffdüse stehen zur Verfugung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Brennstoffdüse aus zwei konzentrischen, zwischen sich den Ringspalt bildenden Rohren ist das Außenrohr der Brennstoffdüse mit etwa radial angeordneten Löchern, die die Injektoröffnurgen bilden, versehen. Bei der Düse handelt es sich um ein konstruktiv einfaches Teil, das

sich ohne Schwierigkeiten in einem hoch feuerfesten Werkstoff fertigen läßt.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß ein Querschnittsverhältnis von 1 :1 für Ringspaltdüse und Injektoröffnungen zu besonders guten Ergebnissen führt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungibeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Ansicht der Brennkammer, teilweise im Längsschnitt und F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht der Brennstoffdüse.

Die in F i g. 1 gezeigte Brennkammer weist ein Brennerrohr 1 auf, das aus zwei hintereinander angeordneten Abschnitten 2, 3 besteht. Die Abschnitte 2 und 3 weisen einen hochtemperaturfesten Mantel 4 bzw. 5 auf, der nach Möglichkeit eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, z. B. aus einem oxidkeramischen Werkstoff, oder auch aus Spezialguß hergestellt ist. Der vordere Abschnitt 2 des Brennerrohrs 1 ist stirnseitig durch einen Deckel 6 verschlossen, der wiederum innenseitig eine hochtemperaturfeste Abschirmung 7 gegenüber der Brennkammer aufweist.

Der vordere Abschnitt 2 des Brennerrohrs 1 ist von einem Wärmeaustauscher 8 umgeben, durch den die über den Stutzen 9 zugeführte Primärluft zugeführt wird. Die Primärluft gelangt nach entsprechender Vorwärmung in den Wärmeaustauscher 8 über radial verlaufende öffnungen 10 in die Brennkammer, und zwar nahe der durch den stirnseitigen Deckel 6 in die Brennkammer hineinragende Brennstoffdüse 11.

Der stromabwärts gelegene weitere Abschnitt J des Brennerrohrs 1 ist gleichfalls von einem Wärmeaustauscher 12 umgeben, der von der über den Stutzen 13 zugeleiteten Sekundärluft durchströmt wird. Die vorgewärmte Sekundärluft gelangt wiederum über etwa radiale Bohrungen 14 in den vorderen Bereich des Abschnittes 3 des Brennerrohrs.

Die Brennstoffdüse 11 ist als Ringdüse ausgebildet. Sie weist einen Ringspalt 15 auf, der sich von einem Abschnitt 16 größerer Ringbreiie zu einem injektorartigen engsten Querschnitt 17 in der Brennkammer verengt. Hinter dem injektorartigen Abschnitt wiederum erweitert sich der Ringkanal im Bereich 18 kegelförmig nach außen. Die Brennstoffdüse 11 umgibt konzentrisch einen in der Achse des Brennerrohrs 1 angeordneten Zündbrenner 19 bzw. die von diesem erzeugte Zündflamme. Bei dem Zündbrenner kann es sich um einen Öl- oder Gasbrenner handeln. Er dient ausschließlich der Zündung und wird nach Stabilisierung der kohlenstaubflamme abgeschaltet.

Der Kohlenstaub wird über einen Anschluß 20 pneumatisch zur Brennstoffdüse 11 gefördert. Das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch gelangt von dem Anschluß 20 in den Wärmeaustauscher 8, in dem das pneumatische Förderrohr 21 schraubenförmig den hochtempera- ss turfesten Mantel 4 des Abschnittes 2 des Brennerrohrs 1 umgibt und vom stromabwärts liegenden Ende zum stirnseitigen Deckel hin geführt ist. Dort verläßt das Förderrohr 21 den Wärmeaustauscher G und ist über einen Rohrbogen 22 an die Brennstoffdüse 11 ange- bo schlossen. Der Anschluß erfolgt über eine tangentiale Einleitung 23 in den Ringspalt 15 der Brennstoffdüse, wobei die tangeniialc Einleitung so erfolgt, daß Kohlenstaub und Trägergas eine axiale Bewegungskomponente in Richtung zur Brennstoffdüse Il erhalten. Die Vor- ti 5 Wärmtemperatur des Kohlenstaub-Trägergas-Gemisches liegt an der tangentialen Einleitung 23 bei ca. b00^cC. Das Gemisch wird dann im Bereich des engsten Querschnitts 17 beschleunigt und erreicht dort eine Geschwindigkeit zwischen 50 und 80 ra/s.

Die Brennstoffdüse 11 weist im Bereich des engsten Querschnitts 17 (siehe insbesondere F i g. 2) mehrere radial angeordnete Injekloröffnungen 24 auf, durch die heiße Verbrennungsabgase aus der Brennkammer angesaugt und in der Düsenverengung zu einer weiteren Aufheizung des Kohlenstaub-Trägergas-Gemischs auf ca. 900⁰C sorgen. Die Rezirkulation der heißen Verbrennungsabgase ist in F i g. 1 und 2 mit Pfeilen angedeutet.

Die Brennstoffdüse 11 (siehe Fig.2) kann aus zwei konzentrischen Rohren hergestellt sein, von denen das Innenrohr 26 sich nahe der Brennkammer erweitert, während das Außenrohr 25 sich entsprechend verengt, um den engsten Querschnitt 17 zu bilden. Der gesamte Querschnitt des Ringspaltes im Bereich des engsten Querschnitts 17 weist etwa die gleiche Größe auf wie der gesamte Querschnitt der Injektoröffnungen 24 im Außenrohr 25 der Ringspaltdüse. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ragt das Außenrohr 25 von der kegelförmigen Erweiterung (Bereich 18) der Düse ausgehend weiter in den Brennraum als das Innenrohr 26, so daß der Brennstoffkegel nach dem Austritt aus der Düse außenseitig gebündelt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kohlenstaubbrenner mit einer in eine Brennkammer mündenden Brennstoffdüse, der der Kohlenstaub mit einem Trägergas auf wenigstens 800⁰C vorgewärmt pneumatisch zugeführt wird und mit einem zu- und abschaitbai en Zündbrenner, wobei die Brennstoffdüse als Ringspaltdüse ausgebildet und mit Injektoröffnungen zum Ansaugen heißer Verbrennungsabgase aus der Brennkammer versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltdüse den Zündbrenner (19) bzw. die Zündflamme umgibt und die Injektoröffnungen (24) umfangsseitig und innerhalb des Brennraums aufweist.

2. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1, mit einer Brennstoffdöse aus zwei konzentrischen, zwischen sich den Ringspalt bildenden Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (25) der Brennstoffdüse (M) mit etwa radial angeordneten injektoröffnungen (24), die die Injektoröffnungen bilden, versehen ist.

3. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der engste Querschnitt (17) der Brennstoffdüse (11) /um Gesamtquerschnitt der Injektoröffnungen (24) etwa wie 1 :1 verhält.

4. Kohlenstaubbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch im engsten Querschnitt (17) der Brennstoffdüse (11) eine Geschwindigkeit von 50 bis 80 m/s aufweist.