DE3531571C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tangentialfeuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Tangentialfeuerung ist aus der Druckschrift "Development of Mitsubishi" "Mact" in -furnace NO _X -removal process for steam generators", S. 15-1 bis 15-20 aus Procedings of the 1982 joint symposium on stationary Combustion NO _X control" bekannt, insbesondere aus FIG. 20 auf S. 15-18.

Bei der bekannten Tangentialfeuerung bilden sich im Feuerraum von unten nach oben eine Hauptbrenner- Verbrennungszone, eine Stickoxidreduktionszone, in der der Reduktionsbrennstoff unterstöchiometrisch verbrannt wird und über der Ausbrandluftzuführung eine Ausbrandzone. Bei der bekannten Tangentialfeuerung sind jeweils in einem Brennerspiegel, d. h. in einer Vertikalebene übereinander, Hauptbrenner, Reduktionsbrenner und Ausbrandluftdüse angeordnet (vgl. insbesondere Fig. 20 der Druckschrift). Es hat sich herausgestellt, daß die großtechnische Anwendung einer solchen Brennstoffstufung auf Schwierigkeiten stößt. In dem Feuerraum bewegen sich die gasförmigen und festen Stoffe entlang einer schraubenförmigen Bahn aufwärts, so daß bei Anordnung der Reduktionsbrenner in derselben Vertikalebene wie der oder die Hauptbrenner nicht sichergestellt ist, daß der Reduktionsbrennstoff das weiter unten gebildete NO _X reduzieren kann, da der Brennstoff nicht mehr mit ihm in Berührung kommt. Bei der bekannten Tangentialfeuerung erfolgt somit das Einbringen des Reduktionsbrennstoffes weitgehendst ohne Berücksichtigung der Lage der Primärflammen im unteren Teil des Feuerraumes, in denen das NO _X gebildet wird. Diese örtliche Unabhängigkeit bringt vor allem dann Nachteile, wenn bei Teillastbetrieb einige Brenner abgeschaltet werden, weil dann eine gute Durchmischung zwischen den Rauchgasen aus der primären Verbrennungszone und dem Reduktionsbrennstoff nicht mehr erreicht werden kann.

Darüber hinaus führt die Anordnung der Reduktionsbrenner in demselben Brennerspiegel oberhalb der Hauptbrenner zu einem relativ hohen Feuerraum.

Weiterhin ist aus der DE-PS 30 21 479 eine Feuerung zur Verbrennung von Brennstoff mit verringerter Emission von Stickoxiden bekannt, bei der als Brennstoff für den Hauptbrenner und als zusätzlicher Brennstoff für die NO _X -Minderung pulverisierter Brennstoff verwendet und letzterer unter Benutzung eines inerten Gases mit einer Sauerstoffkonzentration von 0 bis maximal 10% zugeführt wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tangentialfeuerung anzugeben, bei der einerseits eine ausreichende Stickoxidverminderung möglich ist und andererseits auch bei Teillast eine gute Einmischung des Reduktionsbrennstoffes in die Primärflammen der Hauptbrenner gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Reduktionsbrenner nahe dem ihm zugeordneten Hauptbrenner gegenüber dem Hauptbrenner seitlich versetzt angeordnet und so ausgerichtet ist, daß der über den Reduktionsbrenner eingedüste Reduktionsbrennstoff an einer vorgegebenen Stelle auf die Flamme des Hauptbrenners trifft.

Bei der erfindungsgemäßen Tangentialfeuerung erfolgt die Zufuhr desReduktionsbrennstoffes in direkter Zuordnung zu dem einzelnen Hauptbrenner. Dabei wird der Strömungsvektor der gekrümmten und evtl. bereits aufsteigenden Zuströmung berücksichtigt, d. h. die Zufuhr des Reduktionsbrennstoffes wird so auf die Zuströmung aus dem Hauptbrenner ausgerichtet, daß die Durchmischung mit dem Reduktionsbrennstoff nach Abschluß der Gasreaktionen in der Primärflamme erfolgt, um die in den Gasreaktionen gebildeten Stickoxide zu reduzieren. Um dies erreichen zu können, erfolgt die Eindüsung des Reduktionsbrennstoffes in naher und seitlich versetzter Zuordnung zum Hauptbrenner, wodurch die Bauhöhe des Feuerraumes reduziert werden kann.

Vorzugsweise liegt die Luftzahl am Primärbrenner zwischen 0,8 und 1,2 und soll nach dem Einmischen des Reduktionsbrennstoffes zwischen 0,6 und 1,0 liegen. Dabei wird weiterhin bevorzugt, daß das Verhältnis von Primärbrennstoff zu Sekundärbrennstoff zwischen 50 : 50 und 90 : 10 liegt.

Nach Abschluß der Reduktionsvorgänge muß noch Ausbrandluft für den vollständigen Ausbrand zugegeben werden. Um auch hier in allen Lastbereichen eine gute Durchmischung zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Ausbrandluft unabhängig von der Anzahl der betriebenen Brenner und damit Mühlen einzustellen. Die Regelung der Ausbrandluft erfolgt also nur lastabhängig, wobei alle Ausbrandluftdüsen gleichmäßig beaufschlagt werden können. Die Abschaltung einzelner Düsen könnte ebenfalls in Betracht gezogen werden.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Tangentialfeuerung mindestens zwei Hauptbrenner in einer Ebene nebeneinander in einer Feuerraumwand angeordnet sind, wird bevorzugt, daß die den beiden Hauptbrennern zugeordneten Reduktionsbrenner zwischen den beiden Hauptbrennern angeordnet sind. Es ist jedoch bei einer solchen Feurungskonfiguration auch möglich, daß die den beiden Hauptbrennern zugeordneten Reduktionsbrenner jeweils auf der gleichen Seite der Hauptbrenner angeordnet sind.

Der Reduktionsbrennstoff kann bezogen auf den Drehsinn der schraubenförmigen Strömung voreilend zum Hauptbrennstoff eingeführt werden; es kann jedoch auch möglich sein, daß bezogen auf den Drehsinn die Zufuhr nacheilend erfolgt. Diese Relativbeziehungen zwischen den Brennstoffen sind durch Veränderung des Eindüsungswinkels und/oder des Eindüsungsortes zu erreichen.

Wenn der Hauptbrenner in an sich bekannter Weise in Übereinanderanordnung aus einer Unterluftzufuhr, einer ersten Brennstoffzufuhr, einer Zwischenluftzufuhr mit hohem Luftimpuls, einer zweiten Brennstoffzufuhr und einer Oberluftzufuhr besteht, ist es zweckmäßig, den seitlichen Abstand und die Ausrichtung des Reduktinsbrenners auf die Zwischenluftzufuhr zu beziehen.

Die Zahl und die Anordnung der Ausbrandluftdüsen kann der Zahl und der Anordnung der Hauptbrenner entsprechen, oder es ist eine größere Anzahl von Ausbrandluftdüsen gleichmäßig um den Feuerraum herum verteilt angeordnet. Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Tangentialfeuerung kommen zum Tragen, wenn mindestens zwei Hauptbrenner untereinander und in einer dazu parallelen vertikalen Ebene die zwei zugeordneten Reduktionsbrenner angeordnet sind. Werden bei Teillast Hauptbrenner abgeschaltet, so werden selbstverständlich die zugeordneten Reduktionsbrenner mit abgeschaltet.

Schließlich soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Tangentialfeuerung nicht nur in Form einer Wandfeuerung zum Einsatz kommen kann, sondern auch als Tangentialfeuerung in Form einer Eckenfeuerung.

Zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Tangentialfeuerung sollen nun anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Feuerraumes einer Allwandfeuerung, wobei nur in einer Wand drei übereinander angeordnete Hauptbrenner und die diesen Hauptbrennern zuzuordnenden schrauben­ förmigen Bahnen des Hauptbrennstoffes und der zu­ geordneten Verbrennungsprodukte dargestellt sind,

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Tangentialfeuerung vergleichbar Fig. 1 wobei, die Bestückung einer Wand darge­ stellt ist,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt zur Erläuterung der Brennstoffzuführung bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung vergleichbar Fig. 2 mit einer anderen Brenneranordnung und

Fig. 5 einen Schnitt vergleichbar Fig. 3 durch die An­ ordnung gemäß Fig. 4.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Feuerraum 1 einer Allwandfeuerung sind in der hinteren Wand in einem Bren­ nerspiegel übereinanderliegend Hauptbrenner 2, 3 und 4 angeordnet, die auf den in der Figur schematisch darge­ stellten Brennkreis 5 ausgerichtet sind. Die den Haupt­ brenner 2 verlassenden Verbrennungsprodukte beschreiben im wesentlichen die strichpunktierte Bahn, die den Haupt­ brenner 3 verlassenden Verbrennungsprodukte die gestri­ chelte Bahn und die den Hauptbrenner 4 verlassenden Produkte die durchgezogene Bahn. Würde der Reduktions­ brennstoff nun beispielsweise über einen in der Fig. 1 dargestellten und in demselben Brennerspiegel liegenden Reduktionsbrenner 6 eingedüst werden, kann der Reduk­ tionsbrennstoff das in den Primärflammen der untenliegen­ den Brenner 3 und 4 entstandene NO _X nicht reduzieren, da er mit diesem NO _X im wesentlichen nicht mehr in Berührung kommt.

Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform, sind auf jeder Wand der Feuerung zwei nebeneinander lie­ gende Hauptbrenner 2 und 2′ und zwei nebeneinander lie­ gende Hauptbrenner 3 und 3′ vorgesehen, wobei die Brenner 2 und 3 bzw. 2′ und 3′ in derselben Vertikalebene liegen. Die Brenner bestehen jeweils aus einer Unterluftzufuhr UL, einer ersten Brennstoffzufuhr B ₁, aus einer Zwischen­ luftzufuhr ZL einer zweiten Brennstoffzufuhr B ₂ und einer Oberluftzufuhr OL. Jedem der vier Hauptbrenner 2, 2′, 3 und 3′ ist ein Reduktionsbrenner 6 bzw. 6′ zugeordnet, und zwar ist dieser Brenner bezogen auf die Mitte der Zwischenluftzufuhr ZL um einen gewissen Betrag nach links und einen gewissen Betrag nach oben versetzt.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ableitbar ist, strömen die Verbrennungsprodukte der Hauptbrenner 2 und 2′ auf ge­ krümmten aufsteigenden Bahnen B 2 bzw. B 2′ nach innen und aufwärts, d. h. aus der Zeichenebene der Fig. 3 nach oben. Die Anordnung und Ausrichtung der Reduktionsbrenner 6 und 6′ ist nun so getroffen, daß der Zusatzbrennstoff an vorgegebenen Mischstellen M ₂ und M ₂′ in die Primär­ flamme eingemischt wird, wobei die Einmischstellen M im wesentlichen den Abschluß der Gasreaktionen in den Pri­ märflammen anzeigen.

Es soll hier nochmals darauf hingewiesen werden, daß die Figuren der Erläuterungen des erfinderischen Grundgedan­ kens dienen, jedoch keine Konstruktionszeichnungen dar­ stellen.

Während bei dieser Ausführungsform die Reduktionsbrenner nach oben versetzt sind, kann auch eine Versetzung nach unten in Betracht gezogen werden, nur muß dann die Aus­ richtung entsprechend angepaßt werden.

Auch in den Fig. 4 und 5 sind dieselben Bezugszei­ chen verwendet worden. Diese Ausführungsform unterschei­ det sich dadurch, daß die Reduktionsbrenner nicht jeweils auf einer Seite der Hauptbrenner angeordnet sind, sondern daß Reduktionsbrenner 7 und 7′ zwischen den beiden Bren­ nern angeordnet sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 befinden sich im Spiegel der übereinander angeordneten Brenner 2 und 3 bzw. 2′ und 3′ jeweils eine Ausbrandluftdüse 8 und 8′, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 eine Vielzahl von den Brennern nicht besonders zugeordne­ ten Ausbrandluftdüsen 9 vorgesehen ist. Selbstverständ­ lich können die Ausbrandluftdüsenkonfigurationen auch ausgetauscht werden.

Schließlich soll darauf hingewiesen werden, daß die er­ findungsgemäße Tangentialfeuerung nicht auf die besondere Hauptbrennerkonfiguration beschränkt ist.

Durch die seitliche Nebenordnung der Reduktionsbrenner 6, 6′ bzw. 7, 7′ zu den Hauptbrennern wird eine relativ ge­ ringe Bauhöhe möglich. Bei Teillast, z. B. durch Abschal­ ten der Hauptbrenner 2 und 2′ zusammen mit den zugehörigen Reduk­ tionsbrennern wird die Stickoxidreduktion im Be­ reich der Brenner 3 und 3′ nicht verschlechtert, da der über die den Hauptbrennern 3 und 3′ zugeordneten Reduktions­ brenner eingeführte Reduktionsbrennstoff wirk­ sam in die Primärflammen der Brenner 3 und 3′ eingemischt wird.

Claims (5)

1. Tangentialfeuerung mit einem Vielzahl von auf einen Brennkreis ausgerichteten Hauptbrennern, einer Vielzahl von Reduktionsbrennern und einer Viel­ zahl von oberhalb der Reduktionsbrenner angeord­ neten Ausbrandluftdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Reduk­ tionsbrenner (6, 6′; 7, 7′) nahe dem ihm zugeord­ neten Hauptbrenner (2, 2′; 3, 3′) gegenüber dem Hauptbrenner seitlich versetzt angeordnet und so ausgerichtet ist, daß der über den Reduktions­ brenner eingedüste Reduktionsbrennstoff an einer vorgegebenen Stelle (M 2; M 2′) auf die Flamme (B 2; B 2′) des Hauptbrenners trifft.

2. Tangentialfeuerung nach Anspruch 1, bei der min­ destens zwei Hauptbrenner in einer Ebene neben­ einander in einer Feuerraumwand angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Hauptbrennern (2, 2′) zugeord­ neten Reduktionsbrennern (7, 7′) zwischen den beiden Hauptbrennern angeordnet sind.

3. Tangentialfeuerung nach Anspruch 1, bei der min­ destens zwei Hauptbrenner in einer Ebene neben­ einander in einer Feuerraumwand angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Hauptbrennern (2, 2′) zugeord­ neten Reduktionsbrenner (6, 6′) jeweils auf der gleichen Seite der Hauptbrenner angeordnet sind.

4. Tangentialfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Hauptbrenner (2, 3; 2′, 3′) unter­ einander und in einer parallelen vertikalen Ebene die zwei zugeordneten Reduktionsbrenner (6, 6; 6′, 6′/7, 7; 7′, 7′) angeordnet sind.

5. Tangentialfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und Anordnung der Ausbrandluftdüsen (8, 8′) der Zahl und der Anordnung der Hauptbrenner (2, 2′) entspricht oder eine größere Anzahl von Ausbrand­ luftdüsen (9) gleichmäßig um den Feuerraum herum verteilt angeordnet ist.