DE3537663A1

DE3537663A1 - Heisslufterzeuger fuer feste brennstoffe

Info

Publication number: DE3537663A1
Application number: DE19853537663
Authority: DE
Inventors: Guy La Charite Anquetin; Marie-Joseph Beffes Beck; Christian Nevers Grosbois
Original assignee: Societe des Ciments Francais SA; Ciments Francais SAS
Current assignee: Ciments Francais SAS
Priority date: 1984-11-14
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1986-05-15
Also published as: FR2573183B1; FR2573183A1

Description

5000 KÖLN 1

Reg.-Nr.

Anm.: SOCIETE DES CIMENTS FRANCAIS

Tour Generale 5, Place de la Pyramide, La Defense Cedex 22 F-92088 Puteaux (Frankreich)

Titel: Heißlufterzeuger für feste Brennstoffe

Die Erfindung betrifft einen Heißlufterzeuger, der sowohl in Anlagen der Zementindustrie, beispielsweise zum Brechen des Rohmaterials, als auch für Anlagen von Ziegeleien zum Trocknen der Erzeugnisse vor ihrem Brennen, als auch zum Erwärmen von Räumen zum Trocknen landwirtschaftlicher oder anderer Produkte verwendet werden kann.

Die gewöhnlich verwendeten Warmlufterzeuger haben in einem Gehäuse untergebrachte Brenner, die mit Heizöl oder Erdgas arbeiten; die Preissteigerung dieser Produkte erfordert es jedoch, diese Brenner an Kohle anzupassen, was dadurch erreicht wurde, daß man die Kohle pulverisiert und sie mit Hilfe eines Luftstromes zum Brenner transportiert.

Es wurden schon Heißlufterzeuger mit zylindrischem Gehäuse und horizontaler Achse gebaut, deren eine Außenwand in ihrer Mitte einen Brenner aufweist, der mit einem Rohrstutzen zum Zuführen von Heizöl versehen ist, der in der Mitte einer Leitung von viel größerem Durchmesser angeordnet ist, in der die Mischung aus dem pulverisierten Brennstoff und der den Brennstoff transportierenden Luft zugeführt wird.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß für diese derzeit im Betrieb befindlichen Brenner schwer entflammbare und langsam verbrennende, staubförmige Brennstoffe nicht verwendet werden

. S-

können. Insbesondere bei Petrolkoks ist es notwendig, die festen Bestandteile bis auf eine Temperatur von etwa 1200° C zu bringen, um eine gute Entzündung zu erreichen.

In der deutschen Patentanmeldung P 35 24 068.7 der Anmelderin vom 5. Juli 1985 ist ein Heißlufterzeuger beschrieben, der aus einem Gehäuse mit vertikaler Achse besteht, dem drei Luftströme zugeführt werden, einem ersten, der Verbrennung dienenden Luftstrom und zwei weiteren Luftströmen, die zur Verdünnung dienen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, im Bereich der Flamme Temperaturen in der Größenordnung von 1800° C zu erreichen, die zur Entzündung auch von sehr schwer entzündbaren Staubteilchen ausreicht.

Bei dieser älteren Vorrichtung können in sehr vorteilhafter Weise sehr magere und aschenreiche Kohlen verwendet werden, sie hat jedoch den Nachteil, teuer zu sein. Außerdem eignet sie sich nur für Warmlufterzeuger mit vertikaler Achse.

Die Erfindung hat eine Anordnung zum Gegenstand, die für Generatorräume mit horizontaler Achse bestimmt ist und sehr einfach gebraucht werden kann und die den Vorteil hat, daß sie praktisch für alle derzeit in Betrieb befindlichen Lufterhitzer verwendbar ist.

Der Warmlufterzeuger nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß koaxial im Inneren des Generatorraumes eine Brennkammer angeordnet ist, in der zugleich der Brennstoff mit dem Transportluftstrom und ein erster Verbrennungsluftstrom münden, und daß die Brennkammer einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser des Generatorraumes, in dem sie angeordnet ist, derart, daß um die Brennkammer ein Ringraum geschaffen wird, in dem ein zweiter Strom an Verdünnungsluft zugeführt wird, und daß die Transportiuftmenge konstant gehalten und die Menge des ersten Verdünnungsluft-

stromes in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Luft-Brennstoff gemisches geregelt wird, um in der Brennkammer eine bestimmte Temperatur T, aufrechtzuerhalten, und wobei die Menge des zweiten Verdünnungsluftstromes in Abhängigkeit von dieser Temperatur T, reguliert wird, um am Ende des Generatorraumes eine vorherbestimmte Temperatur T„ aufrechtzuerhalten.

Die Temperatur T„ hat im allgemeinen die Größenordnung von 7 50° C , während die Temperatur T, zwischen 750° C und 1300° C liegt. Das bedeutet, daß die Menge des zweiten Verdünnungsluftstromes Null sein kann, wenn T, gleich 750° C ist, und ein Maximum erreichen kann, wenn T, gleich 1300° C ist.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ist in den beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einer Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 im Grundriß und teilweise im Schnitt und

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Querschnitt nach Linie A-A.

Man erkennt aus den Zeichnungen, daß der Heißlufterzeuger nach der Erfindung einen zylindrischen Generatorraum oder ein Gehäuse 1 mit horizontaler Achse aufweist, der mit einer Leitung 2 in einen Sammler 3 mündet. Das Gehäuse 1, die Leitung 2 und der Sammler 3 haben Innenwände mit einer feuerfesten Auskleidung.

Die der Verbxndungsleitung 2 gegenüberliegende Kopfseite des Gehäuses 1 ist kreisförmig und trägt in der Mitte einen Brenner, der in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichnet ist.

Der Brenner 4 besteht aus einer rohrförmigen Mittelleitung 5, durch die ein flüssiger Brennstoff oder Erdgas einströmt und die von mehreren Leitungen 6 umgeben ist, die auf einem zu der rohrförmigen Mittelleitung konzentrischen Kreis angeordnet sind. Durch die Leitungen 6 strömt ein Gemisch aus Luft und staubförmigem, festen Brennstoff ein, wobei die Luft den Partikeln des festen Brennstoffes als Transportmittel dient. Die Mittelleitung 5 und die Leitungen 6 münden im Hals 7 eines Venturirohres 8. Das Venturirohr 8 mündet mit seiner Öffnung 8a in einer Brennkammer 9, während es mit seiner anderen Öffnung 8b mit einem Kasten 10 in Verbindung steht, der an einen Ventilator angeschlossen ist, der von einem Motor 12 angetrieben wird. Zwischen dem Kasten 10 und der Öffnung 8b sind mehrere Rippen 13 angeordnet, welche dem aus dem Kasten 10 kommenden Luftstrom eine Wirbelbewegung aufzwingen. Dieser Luftstrom bildet einen ersten Verdünnungsluftstrom.

Im Inneren des Gehäuses 1 und koaxial zu diesem ist eine Brennkammer 9 angeordnet. Diese Brennkammer ist zylindrisch und hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Innenwand des Gehäuses, so daß um die Brennkammer 9 ein Ringraum 14 entsteht. Die Außenwandung der Brennkammer 9 besteht aus schwer schmelzbarem Stahl und ihre Innenfläche ist mit feuerfesten Steinen ausgekleidet. Diese Brennkammer 9 ist im Inneren des Gehäuses 1 mit mehreren Ankerstangen 15 aufgehängt. Die Ankerstangen 15 sind, wie dargestellt, vorzugsweise paarweise angeordnet, wobei jedes Hängestangenpaar 15 an einem gebogenen Rahmen 16 befestigt ist, der sich an einen Teil des Umrisses der oberen Wand der Verbrennungskammer 9 anschmiegt. Jede Ankerstange 15 ist an ihrem einen Ende mit Gewinde versehen, in das eine Mutter 17 eingeschraubt ist. Die beiden

Muttern 17 eines gleichen Hängestangenpaares 15 stützen sich auf einer Horizontalplatte 18 ab, die auf der Außenwandung des Gehäuses 1 fest angebracht ist. Die Platte 18 ist mit Löchern versehen, welche die Ankerstangen 15 mit Spiel durchdringen.

Unter der Brennkammer 9 sind Tragschalen 19 aus Feuerfestmaterial angeordnet, von denen je eine Tragschale einem Ankerstangenpaar 15 zugeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es zwei Ankerstangenpaare und deshalb zwei Tragschalen 19. Die Muttern 17 sind auf die Ankerstangen 15 derart aufgeschraubt, daß die Brennkammer 9 gerade auf den Tragschalen 19 ruht, wenn sich der Brenner 4 nicht in Betrieb befindet und die verschiedenen Teile kalt sind. Der größte Teil der Last der Brennkammer 9 wird hierbei von den Ankerstangen 15 aufgenommen. Jede Tragschale 19 hat eine zentrale Ausnehmung 20, so daß die Brennkammer auf zwei symmetrischen Lagerflächen 21 ruht. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erstreckt sich jede Lagerfläche 21 vorzugsweise über 30° und die mittlere Ausnehmung ebenfalls über 30°, so daß die Tragschale sich über 90° erstreckt.

Das dem Brenner benachbarte Ende der Brennkammer 9 drückt gegen die Innenwand der Kopfseite des Gehäuses 1 und ist dort nicht befestigt. Das andere Ende der Brennkammer 9 wird von einem Ring 26 umgeben, derart, daß zwischen dem Ring 26 und der Außenwand der Brennkammer 9 ein ringförmiger Durchlaß 27 bleibt, dessen Querschnitt viel kleiner ist als der Querschnitt der ringförmigen Kammer 14.

Der Kasten 10, durch den der erste Verdünnungsluftstrom strömt, wird seinerseits von einem kreisförmigen Kasten 22 umgeben, der an einen Ventilator 23 angeschlossen ist, der von einem Motor 24 angetrieben wird. Der Kasten 10 steht mit der ringförmigen Kammer 14, welche die Brennkammer 9 umgibt, durch mehrere Öffnungen 25 in Verbindung.

. ι.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Durch die Mittelleitung strömt ein leicht entzündlicher Brennstoff, beispielsweise Heizöl, ein. Durch die Leitungen 6 kommt staubförmiger, fester Brennstoff an, der mit einem Luftstrom von konstanter Menge transportiert wird. Diese Mischung aus Luft, staubförmigem Brennstoff und Heizöl verbrennt, und die Flamme endet im Inneren der Brennkammer 9. Durch den Ventilator 11, den Kasten 10 und das Venturirohr 8 wird ein erster Verdünnungsluftstrom in die Brennkammer geleitet, wo sich diese Luft mit der Flamme mischt. Die Menge dieser ersten Verdünnungsluft wird so bestimmt, daß im Inneren der Brennkammer eine Temperatur T, gehalten wird, die genügend hoch ist, um alle Teilchen des festen Brennstoffes zu entzünden. Wenn infolgedessen der staubförmige Brennstoff aus Petrolkoks besteht, wird die durch den Kasten 10 einströmende Luftmenge auf ein Minimum vermindert, damit die Temperatur im Inneren der Brennkammer in der Größenordnung von 1200° C bis 1300° C liegt. Diese sehr hohe Temperatur gewährleistet eine vollständige Entzündung der Öl-Koksteilchen.

Wenn der verwendete feste Brennstoff sich bei viel niedrigeren Temperaturen, beispielsweise bei 900° C, entzündet, wird die in die Brennkammer einströmende Luftmenge vergrößert. Man bestimmt in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Brennstoffes den Anteil der durch den Kasten einströmenden Luft im Verhältnis zum Anteil der Trägerluft für den Brennstoff derart, daß man die gewünschte Temperatur T, erhält. Dann werden diese Anteile durch eine geeignete Regelung konstant gehalten.

Durch die Öffnungen 25 strömt in die Ringkammer 14 der zweite Verdünnungsluftstrom ein. Die Menge dieses Luftstromes wird derart eingestellt, daß im Übergangsbereich zwischen dem Gehäuse 1 und der Leitung 2 eine Temperatur T„ erhalten wird.

die in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck der Heißluft bestimmt wird, die von dem Heißlufterzeuger erzeugt wird. Wenn diese Heißluft beispielsweise dazu bestimmt ist, einen Rohmaterialbrecher der Zementindustrie zu versorgen, muß diese Temperatur T 750° C betragen. Man ordnet daher im Übergangsbereich 2 8 Thermofühler an, die den Motor 24 auf diese Temperatur von 750° C einregulieren.

Wenn jedoch der verwendete Brennstoff beispielsweise Ölkoks mit hoher Entzündungstemperatur ist, wird die vom Ventilator 11 kommende Luftmenge soweit reduziert, daß die Temperatur in der Brennkammer ihr Maximum, d.h. eine Temperatur in der Größenordnung von 1300° C, erreicht. In diesem Falle wird die vom Ventilator 23 kommende Luftmenge so reguliert, daß diese Temperatur im Übergangsbereich 28 auf 750° C abgesenkt wird. Wenn man aber einen festen Brennstoff verwendet, der sich bei einer Temperatur in der Größenordnung von 750° C entzündet, wird die von dem Ventilator 11 abgegebene Luftmenge folglich vergrößert,und die vom Ventilator 23 kommende Luftmenge wird praktisch gleich Null. Infolgedessen bestimmt die Eigenart des festen Brennstoffes die Menge der ersten Verdunnungsluft, während die Temperatur T,, die in der Verbrennungskammer herrscht, die Menge des zweiten Verdunnungsluftstromes bestimmt, um die gewünschte Endtemperatur T„ zu erhalten.

Der zweite Verdünnungsluftstrom dient auch zum Kühlen der Außenwand der Brennkammer 9. Wie man nun gesehen hat, wird die zweite Verdünnungsluftmenge erhöht und dadurch die Außenwandung der Brennkammer mehr belüftet, wenn die Temperatur T, in dieser Verbrennungskammer ansteigt. Dies ist notwendig, damit die Brennkammer den höheren Temperaturen widerstehen kann. Auf diese Weise wird gleichzeitig die Temperatur T„ erhalten und die Brennkammer geschützt.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Mündung der Brennkammer den größten Temperaturerhöhungen unterworfen ist. Hierbei hat die Einschnürung 27 die Wirkung, daß die Geschwindigkeit des ausströmenden zweiten Verdunnungsluftstromes vergrößert wird und die Mündung der Brennkammer stärker abgekühlt wird.

Die Brennkammer, die nicht an der vorderen Stirnfläche des Gehäuses 1 befestigt ist, kann sich ausdehnen, ohne einen Riß hervorzurufen. Dadurch, daß das Gehäuse an seinem oberen Teil mit Hängestangen aufgehängt ist und mit seinem unteren Teil auf Tragschalen 19 ruht, die ihrerseits belüftet sind, werden unter der Hitzeeinwirkung auftretende, zu große Verformungen der Kammer vermieden. Unter der Hitzeeinwirkung kann es geschehen, daß sich die Brennkammer 9 vollständig auf den Tragschalen 19 absetzt, während die Ankerstangen 15 angehoben werden und die Muttern 17 nicht mehr auf der Platte 18 aufliegen. Die Ankerstangen 15, die nur Zugkräfte aufnehmen können, können eventuell auch durch Ketten oder jedes andere System ersetzt werden, welches unterschiedliche Dehnungen zwischen Gehäuse 1 und Kammer 9 zuläßt.

Die Brennkammer 9 ist so lang, daß alle Teilchen des festen κ, Brennstoffes Zeit haben, sich zu entzünden, und sie ist so kurz, daß die Asche keine Zeit hat zum Schmelzen und durch den zweiten Verdünnungsluftstrom abgekühlt werden kann. Wenn beispielsweise der Generatorraum 8 m lang ist und einen Innendurchmesser von 2,80 m hat, ist die Kammer 9 2,70 m lang und hat einen Außendurchmesser von 2 m.

Die so beschriebenen Anordnungen erlauben es, den Heißlufterzeuger zum einen an alle Sorten von festen Brennstoffen und zum anderen an alle möglichen Verwendungszwecke anzupassen, da ja die Entzündungstemperaturen dieser Brennstoffe zwischen 750° C und 1300° G liegen und die Endtemperatur durch die Luftmenge des zweiten Verdünnungsluftstromes bestimmt wird.

Da andererseits die Brennkammer einfach in der Generatorkammer 1 aufgehängt ist, können alle jeweils in Betrieb befindlichen Einbauten einfach und deshalb billig abgeändert werden.

In dem oben beschriebenen Brenner hält man durch die Mittelleitung 5 immer eine Versorgung mit einem gehaltvollen Brenn stoff, aber der Verbrauch dieser teuren Brennstoffe kann bis auf etwa 10 % reduziert werden, während 90 % des Heizwertes von den staubförmigen festen Brennstoffen geliefert werden, die viel billiger sind.

Claims

Patentansprüche :

1. HeißJLuf^erzeuger mit einem zylindrischen Generatorraum, ijisbasiandere mit horizontaler Achse, der an seiner vorderen Stirnfläche einen Brenner aufweist, dem axial ein flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (4) mit Vorrichtungen (6) zum Zuführen eines festen Brennstoffes versehen ist, welche um die Zuführeinrichtung (5) für den flüssigen oder gasförmigen Brennstoff herum angeordnet sind, und daß der Brenner (4) in einer zylindrischen Brennkammer (9) mündet, die im Inneren des Generatorraumes (1) des Heißlufterzeugers durch eine Öffnung (8) mündet, in die auch ein erster Verdunnungsluftstrom einströmt, und daß die Brennkammer (9) von einer Ringkammer (14) umgeben ist, in die ein zweiter Verdunnungsluftstrom einströmt.

2. Heißlufterzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zum Transport der festen Brennstoffteilchen dienende Luftmenge konstant ist und daß die Menge des ersten Verdunnungsluftstromes in Abhängigkeit von der Eigenart des festen Brennstoffes bestimmt wird, um im Inneren der Brennkammer (9) eine Temperatur (T-, ) aufrechtzuerhalten, die eine vollständige Entzündung aller festen Brennstoffteilchen gewährleistet, und daß die Menge des zweiten Verdunnungsluftstromes in Abhängigkeit der Temperatur (T,) so bestimmt wird, daß am Ausgang (28) des Generatorraumes (1) die Temperatur (T„) erhalten wird, die für die Verwendung der auf diesePfeise produzierten Warmluft notwendig ist.

3. Heißlufterzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer (9) Thermofühler aufweist, welche den Motor (12) des Ventila-

ORIGINAL INSPECTED *

tors (11) steuern, der den ersten Verdünnungsluftstrom erzeugt, um die Temperatur (T,), die in Abhängigkeit vom Flammpunkt des verwendeten festen Brennstoffes bestimmt ist, konstant zu halten, und daß am Ende (28) des Generatorraumes (1) Thermofühler angeordnet sind, die den Motor (24) des Ventilators (23) steuern, der den zweiten Verdünnungsluftstrom erzeugt, um die Temperatur (T^) konstant zu halten, die in Abhängigkeit von der späteren Verwendung der erzeugten Warmluft bestimmt wird.

4. Heißlufterzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (4) in einem Venturirohr (8) mündet, dessen Eingangsöffnung (8b) mit einem Kasten (10) in Verbindung steht, der an einen Ventilator (11) angeschlossen ist.

5. Heißlufterzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kammer (14), welche die Brennkammer (9) umgibt, durch mehrere Öffnungen (25) mit einem ringförmigen Kasten (22) in Verbindung steht, der an einen Ventilator (23) angeschlossen ist.

6. Heißlufterzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (9) im Inneren des Generatorraumes (1) mit Ankerstangen (15) aufgehängt ist, die einzig und allein auf Zug wirken, derart, daß die Brennkammer mit dem Brenner (4) koaxial ist.

7. Heißlufterzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer mindestens teilweise auf Tragschalen (19) ruht, die unter der Brennkammer im Inneren des Gehäuses (1) angeordnet sind.

8. Heißlufterzeuger nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen (15) paarweise angeordnet sind, wobei jedes Zugstangenpaar (15) an einem gebogenen Rahmen (16) befestigt ist, der längs eines Teiles der oberen Wand der Brennkammer (9) befestigt ist, und daß die Zugstangen (15) eine an der Außenwand des Gehäuses befestigte Tragplatte (18) durchdringen und mit Muttern (17) versehen sind, die sich auf dieser Platte abstützen.

9. Heißlufterzeuger nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittel (15) Ketten sind.

10. Heißlufterzeuger nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zugmittelpaar (15) eine Tragschale (19) zugeordnet ist.

11. Heißlufterzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kammer (14), welche die Brennkammer (9) umgibt, auf der Höhe der Mündung der Brennkammer (9) eine Einschnürung (27) aufweist.