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Brenner für Kohlenstaub
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Die Erfindung betrifft einen Brenner für Kohlenstaub.
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Brenner dieser Art sind beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift
29,33,060 bekannt. Sie dienen zur Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen, beispielsweise
Kohlenstaub, bei jedem als Zündenergieträger ein fester Brennstoff, beispielsweise
Kohlenstaub, eingesetzt werden kann. Die bekannten Brenner weisen eine Zündeinrichtung
auf, welche als konzentrisch im Kernluftrohr angeordneter Staub-Zündbrenner ausgebildet
ist, der aus einem konzentrisch um einen Zünder angeordneten Zündstaubrohr und einem
das Zündstaubrohr umgebenden Mantelluftrohr für die Zündstaubflamme besteht. Zur
Zündung des Zündbrenners wird die Zündeinrichtung gaselektrisch, ölelektrisch oder
rein elektrisch betrieben. Außerdem ist durch eine Einflußnahme auf die Zündbrennerkonstruktion
dem Umstand Rechnunq getragen, daß eine Staubflamme in bezug auf ihre Zündwilligkeit
ein trägeres Verhalten zeigt als die bisher verwendeten Gas- oder Öl fl ammen. Daher
macht der bekannte Brenner von dem Prinzip Gebrauch, zum Zünden der Brennerflamme
dem brennfähigen Brennstoff-Luftqemisch Zündenerqie in hoher Konzentration zuzuführen.
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Der bekannte Brenner hat jedoch einen sehr umfangreichen Aufbau. Man
kann davon ausqehen, daß er bauntsächlich für den Einsatz in Großfeuerungsanlagen
vorqesehen ist. So besteht der bekannte, mit Kohlenstaub, betriebene Grundbrenner
beispielsweise aus einem zentralen Kernluftrohr, das zur Aufnahme des Staub-Zündbrenners
dient. Der Staub-Zündbrenner besteht seinerseits aus einem konzentrisch um ein Zünderrohr
angeordnetes Zündstaubrohr, welches seinerseits aus einem Mantelluftrohr mit einem
an seinem Lufteintritt angeordneten, axial verschiebbaren Drallschaufelkranz sowie
aus einem sich konisch erweiternden Austritt besteht.
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Daneben ist aus der australischen Patentschrift AU-B-54301/80 eine
weitere Einrichtunq bekannt, welche dazu dient, einen Staubbrenner zu zünden. Als
Zündmittel dient hier Kohlenstaub, der mit Hilfe von Zündenergie zum Brennen gebracht
wird. Die bekannte Einrichtunq arbeitet in drei Phasen und ist dementsprechend in
drei wesentliche Konstruktionsabschnitte aufgeteilt. In der zweiten Phase entzündet
sich ein Gemisch von Kohlenstaub und Luft an dem in der ersten Phase zum Brennen
gebrachten Kohlenstaub-Sauerstoffgemisch. Das Gemisch der zweiten Phase dient sodann
zum Entzünden des Kohlenstaub-Luftaemisches großer Kapazität, welches der eiqentlichen
Verbrennung in dem Feuerunqsraum dient.
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Die bekannten Einrichtungen zeichnen sich durch einen hohen konstruktiven
Aufwand und durch eine entsprechend komplizierte Technik aus. Die aufwendiqe Technik
beschränkt sich nicht allein auf die konstruktiven Ausbildunqen, sondern beinhaltet
eine mindest gleichartige Vielfalt und Kompliziertheit an Regeluns- und Steuerunqseinrichtungen,
ohne deren Mitwirken die Brenner nicht funktionsfähiq sind.
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Daneben hat man bereits erkannt, daß die aufwendiq konstruierten Brenner
nicht notwendig sind in den Fällen, in denen beispielsweise Braunkohlenstaub verbrannt
wird oder der Staub von anderen Kohlen, die einen hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen
haben. Stäube dieser Kohlenarten sind sehr zündfreudiq. Dementsprechend einfacher
können die Brenner ausgebildet werden. Jedoch eiqnen sich die bekannten Brenner
mit ihrer komplizierten Technik nicht für den Einsatz in Kleinfeuerunsanlagen, beispielsweise
für Feuerungsanlagen in kleinen Betrieben und Haushalten.
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Davon ausgehend ergibt sich schließlich die Aufgabe für die Erfindung,
die bekannten Kohlenstaubbrenner für den Einsatz von Braunkohlenstaub bzw. von Staub
von Kohlen mit einem hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen bei gleicher Betriebssicherheit
und Zuverlässigkeit derart zu vereinfachen,
daß sie sich neben dem
Einsatz in Großfeuerunqsanlagen auch für den Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen und
Haushalten eiqnen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an einem
Kohlenstaubbrenner ein Kernluftkanal für ein Gemisch aus Kohlenstaub und Primärluft
und einem konzentrisch darum angeordneten Mantelluftkanal für die Verbrennungsluft
eine Zündeinrichtunq zugeordnet ist. Ein derartiqer Brenner zeichnet sich vorteilhaft
durch seine konstruktive Einfachhe-it und eine vergleichsweise hohe Betriebssicherheit
und einfache Bedienunq aus. Einem im wesentlichen konzentrisch innerhalb eines Mantelluftkanals
angeordneten Primärluftkanal, welcher zur Heranführunq eines zündfähiqen Staub-Luftemisches
dient, wobei die Primärluft im wesentlichen nur den Transport des Staubes besorgt,
ist eine unkomplizierte elektrische Zündeinrichtung zugeordnet.
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Wie an sich bekannt, kann die Zündeinrichtung des erfindungsgemaß
vereinfachten Brenners konzentrisch innerhalb des Kernluftkanals angeordnet sein.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Zündeinrichtung aber auch
seitlich im Austrittsbereich des Brenners angeordnet sein. Hierdurch vereinfacht
sich die Konstruktion des
Brenners weiter; auch kann ein Auswechseln
der Zündeinrichtung ohne Beeinträchtigung stattfinden, während der Brenner in Betrieb
ist.
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Sobald die Zündung des brennfähiqen Staub-Luftqemisches stattgefunden
hat, wird die Zündeinrichtung durch axiale Verschiebung aus dem Bereich der Flamme
soweit zurückqezogen, daß sie vor den Einwirkungen der heißen Flamme geschützt ist,
wodurch sich ihre Lebensdauer wesentlich erhöht.
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Gemäß einem weiteren Merkmal hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
die erfindungsgemäße Zündeinrichtung rein elektrisch zu betreiben. Hierfür qibt
es unterschiedliche Möglichkeiten. Eine erste derartige Möglichkeit ist beispielsweise
das Erhitzen eines elektrischen Widerstandes. Eine zweite, rein elektrische Möglichkeit
ist das Zünden eines Lichtbogens zwischen zwei Elektroden und als dritte Möglichkeit
wird schließlich vorgesehen, die Zündeinrichtung nach der Art eines Föhns zu betreiben.
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Hierbei wird ein Luftstrom über eine elektrische Widerstandsheizung
soweit erwärmt, daß er in der Laqe ist, das aus dem Primärluftkanal austretende
Kohlenstaub-Luftqemisch zu entzünden. Die letztgenannte Ausführunqsform der Erfindung
ist besonders für den Betrieb von Kleinstfeuerungsanlaqen
beispielsweise
in Haushalten geeignet, da sie ein hohes Maß an Betriebssicherheit aufweist und
auch nur wenig Wartunq erfordert.
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Nachfolqend wird die Erfindung anhand von Ausführunqsbeispielen näher
beschrieben.
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Es zeiqen jeweils in schematischer vereinfachter Darstellunq die Fiq.
1 eine erste Ausführunqsform eines Brenners, Fiq. 2 eine zweite Ausführungsform
eines Brenners, Fig. 3 - 5 unterschiedliche Ausführungsformen der Zündeinrichtungen.
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Der Brenner nach der Fig. 1 besteht aus einem Primärluftkanal 1, in
welchen in Richtung des Pfeiles 2 ein Gemisch aus Kohlenstaub und Förderluft eintritt
und den Primärluftkanal 1 in Richtung der Pfeile 3 durchströmt. Konzentrisch um
den Primärluftkanal angeordnet ist ein Mantelluftkanal 4, in den über einen Anschluß
in Richtung des Pfeiles 5 Luft eintritt und in Richtunq der Pfeile 6 ausströmt.
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Dieser Kanal 4 kann Drallklappen (nicht gezeiqt) enthalten, um den
Luftstrom zu verdrallen. Der Primärluftkanal 1 und der Mantelluftkanal 4 sind wesentliche
Elemente des erfindungsgemäßen Kohlenstaubbrenners und sind in der
Ausmauerung
oder Auskleidung 7 eines Feuerunsraumes 20 angeordnet. Die Mündung der beiden Kanäle
1 und 4 ist in Richtung des Feuerunasraumes 20 durch einen Konus 8 erweitert. Im
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist konzentrisch zum Primärluftkanal 1 die Zündeinrichtung
9 anqeordnet. Diese Zündeinrichtung ist in axialer Richtung verschiebbar und weist
an ihrem Mündungsende ein Zündorqan 10 auf.
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Nach einem anderen Ausführungsbeisiel gemäß der Fig. 2 mündet die
Zündeinrichtung 9 seitlich in den Konus 8 der Mündung des Brenners des Feuerungsraumes
20.
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Die Zündeinrichtung 10 ist in den Fiq. 3 - 5 näher dargestellt. Sie
besteht jeweils aus einem Mantelrohr 11, welches das eigentliche Zündorqan 10 konzentrisch
umgibt.
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Weiterhin weist jede Zündeinrichtung eine elektrische Spannungsauelle
12 auf. Das Mantelrohr 11 oder das Zündorgan 10 innerhalb des Mantelrohres 11 können
innerhalb der Zündeinrichtung 9 axial verschoben werden. Bei dem Ausführungsbeispiel
der Zündeinrichtung nach der Fig. 3 besteht das Zündorgan 10 aus einem elektrischen
Widerstand 13, welcher innerhalb des Mantelrohres 11 gelagert ist und von der Stromquelle
12 gespeist wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht das Zündorgan 10 aus zwei
Elektroden 14, die in der Nähe der Mündung des Mantelrohres 11 einander qegenübertehen
und zur Erzeugung eines Lichtbogens mit der Spannungsquelle 12 verbindbar sind.
Bei den Ausführungsformen der Zündeinrichtungen qemäß den Fig. 3 und 4 handelt es
sich jeweils um rein elektrische Zündeinrichtunqen.
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Demgegenüber ist die Zündeinrichtung nach der Fiq. 5 etwas abgewandelt.
Diese Zündeinrichtung weist ein Gebläse 15 auf, welches einen Luftstrom erzeugt,
der durch einen Rohrkanal 16, welcher konzentrisch innerhalb des Mantelrohres 11
angeordnet ist, in Richtung des Pfeiles 17 gefördert wird. Der von-dem Gebläse 15
erzeuqte Luftstrom wird durch eine elektrische Widerstandsheizung 18, die von der
Spannunqsquelle 12 gespeist wird, erwärmt. Die Mündunq des Rohres 16 ist gegenüber
der Mündunq des Mantelrohres 11 zusätzlich noch durch eine Isolierschicht 19 verkleidet.
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Der von dem Gebläse 15 erzeuqte Luftstrom 17 wird durch die Widerstandsheizung
18 derart erwärmt, daß er die Mündunq des Rohres 16 mit Temperaturen in der Größenordnung
von etwa 650" C verläßt. Die durch das Gebläse 15 geförderte Luftmenqe 17 ist in
Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Brenners entweder konstant oder einstellbar.
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Die zum Entzünden eines Gemisches aus Braunkohlenstaub und Luft erforderliche
Temperatur beträqt beispielsweise 450"
C, so daß die Austrittstemperatur
des Luftstromes 17 ausreicht, das durch den Primärluftkanal 1 herangeführte Braunkohlenstaub-Luftgemisch
zu entzünden.
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Brenner von der vereinfachten Konstruktion qemäß der Erfindung eignen
sich beispielsweise zum Einsatz in Feuerungen für Braunkohlenstaub, weil dieser
aufgrund des hohen Anteils an flüchtigen Bestandteilen besonders zündfreudig ist.
Daneben eiqnen sich die erfindunqsqemäßen Brenner aber auch für das Verbrennen von
Kohlenstäuben, die einen ähnlich hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen wie die
Braunkohle haben, sowie zur Verbrennung von Stäuben, die aus Braunkohle und anderen
Kohlenarten miteinander gemischt sind, wobei die der Braunkohle zuqemischte Kohlenart
nicht unbedinqt auch einen so hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen aufzuweisen
braucht wie die Braunkohle. Wichtig ist, daß das durch den Primärluftkanal herangeführte
Kohlenstaubluftqemisch eine ausreichend hohe Zündfreudigkeit aufweist, so daß danach
die Zündung und Verbrennung mit einem Brenner der erfindungsgemäßen Konstruktion
möglich wird.
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Der Betrieb eines Brenners erfolgt in der Weise, daß zunächst über
den Anschluß 5 durch den Mantelluftkanal 4 eine ausreichende Menge von Spülluft
6 in den Feuerunqsraum 20 eingeblasen wird, wodurch der Feuerungsraum 20 von
brenn-
und zündfähigen Resten an Luft-Brennstoffgemischen gereinigt wird, damit sich dort
keine unvorherqesehenen Verbrennunqen ereignen können. Nach der Duchspülung mit
einer vielfachen Luftmenge wird die im Anschluß 5 zugeführte Luftmenge auf eine
Minimalmenqe verringert und es erfolgt das Zuschalten von zünd- bzw. brennfähigem
Kohlenstaub über den Anschluß 2, der zunächst in qerinqer Menqe in Richtung der
Pfeile 3 in den Verbrennungsraum 20 eingeblasen wird. Kurz vorher wird die Zündeinrichtung
9 in Tätigkeit gesetzt, so daß über das jeweilige Zündorgan 10 eine ausreichende
Menge an Zündenerqie zur Verfügunq steht, um das über den Primärluftkanal 1 herangeführte
Kohlenstaub-Luftqemisch zu zünden. Nachdem die Zünduna stattqefunden hat, wird die
Zündeinrichtung 9 axial soweit zurückqezogen, daß die Zündorqane 10 aus dem Bereich
der Flamme des Feuerungsraumes 20 gelanqen. Gleichzeitig werden die Luftzufuhr über
den Anschluß 5 und den Mantelluftkanal 4 sowie die Kohlenstaubzufuhr über den Kanal
2 soweit gesteigert, wie es zur Durchführung der Verbrennunq im Verbrennunqsraum
20 erforderlich ist.
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