DE3541616C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für pulver­ förmigen Brennstoff, gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Bei Brennern für pulverförmige Brennstoffe (insbe­ sondere Kohlenstaubbrennern) wurde früher der Brennstoff direkt am Brenner volumetrisch der Primärluft zugeteilt. Neuere Systeme bevorzugen demgegenüber eine gravimetrische Dosierung und einen pneumatischen Transport des Brennstoffes zum Brenner. Ein gewisser Teil der Primärluft gelangt hierbei als Brennstoff-Förderluft in den Brenner. DerFörderluftanteil ist dabei ab­ hängig von der Beladung. Um Schwankungen in der Brennstoffdosierung möglichst klein zu halten, muß die Beladung verringert werden. Die Förder­ luft bildet demgemäß einen verhältnismäßig großen Anteil der gesamten Primärluft. Damit verringert sich jedoch zugleich der Anteil der weiteren Primärluft, der dazu dient, den Brennstoff im Brennerkopf fein zu verteilen und der Flamme zu­ zuführen.

In konstruktiver Hinsicht sind Hin- und Mehrkanal­ brenner bekannt, letztere mit Mehrstrahl- und Ring­ strahldüsen. Die Düsen können dabei mit oder ohne Drall ausgebildet sein und eine axiale, konvergente oder divergente Strömungskomponente aufweisen.

Einkanalbrenner sind schlecht regelbar und haben meist einen für viele Anwendungsfälle (beispiels­ weise den Hauptbrenner eines Drehrohrofens) uner­ wünscht hohen Primärluftanteil. Die völlige Mi­ schung von Brennstoff und Primärluft vor Düsen­ austritt erfolgt hier meist im hinteren Teil des Brennerrohres.

Bei den Mehrkanalbrennern kann der Primärluftanteil stark reduziert werden. Sie lassen sich auch ver­ hältnismäßig gut regeln. Die Mischung der Primär­ luft mit dem Brennstoff findet im allgemeinen vor der Düse, d. h. in der Flamme statt. Nachteilig ist bei bekannten Mehrkanalbrennern vielfach der verhältnismäßig komplizierte Aufbau sowie die auf­ wendige Wartung.

Aus der DE-OS 31 04 054 ist ferner ein Brenner be­ kannt, bei dem im vorderen Ende des Brennerkopfes ein sich in Richtung des Brennraumes öffnender, rotierender Becher eingebaut und bei dem ein dop­ pelwandiger Strahlschirm vorhanden ist, der eine Art Ringdüse bildet. Außerhalb dieser Ringdüse wird über Ringräume zusätzlich Sekundärluft in Form eines Mittelstromes und in Form eines Man­ telstromes zugeführt. Dem doppelwandigen Strahl­ schirm wird über eine gesonderte, zentrale, den Becher durchsetzende Leitung sogenannte Becher­ luft zugeleitet, die im äußeren Rande des rotie­ renden Bechers austritt. Nach dem einen Ausfüh­ rungsbeispiel (gemäß Fig. 3) ist auf der dem In­ nern des Bechers zugewandten Seite des doppelwan­ digen Strahlschirmes zusätzlich noch eine verhält­ nismäßig tief ausgebildete Umkehrtasse vorgesehen, deren nach rückwärts gerichtete Öffnung in das hin­ tere, zylindrische Ende des Bechers ausmündet, wo­ durch ganz bewußt mehrfache Umlenkungen geschaffen werden.

Darüber hinaus kann bei dieser Ausführung die Um­ lenktasse mit einer Schlitzdüse versehen sein, durch die der mehrfach umgelenkte Staubstrom so im Becher verteilt werden soll, daß er in gleich­ mäßiger Dichte aus der Becher-Ringdüse (am äuße­ ren Becherrand) austreten kann. Zu diesem Zweck soll offenbar ein Teil der in das Innere des dop­ pelwandigen Strahlschirmes zugeleiteten Becherluft gewissermaßen rückwärts durch die Schlitzdüse in Richtung des hinteren zylindrischen Becherendes austreten.

Diese bekannte Brennerausführung gemäß DE-OS 31 04 054 ist äußerst kompliziert und mit uner­ wünschten rotierenden Teilen und Verschleißelemen­ ten aufgebaut.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner für pulverförmige Brennstoffe zu entwickeln, der in Aufbau, Wartung und Bedienung einfach ist und sich trotz einer kleinen Primär­ luftmenge durch eine gute Feinverteilung des Brenn­ stoffs auszeichnet. Der erfindungsgemäße Brenner soll ferner eine zündstabile und in ihrer Form variable Flamme erzeugen. In der Bildung von Stick­ oxid, Kohlenoxid und anderen Schadstoffen soll - bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad (Ausbrand) - ein Minimum erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner erfolgt die Feinverteilung des Brennstoffes in der Gesamt­ primärluft (Förderluft und Brennerluft, d. h. wei­ tere Primärluft) nicht rein pneumatisch, sondern teils pneumatisch, teils mechanisch über eine Prallfläche, wobei dies mit relativ einfachen Bauteilen erfolgen kann, also im Vergleich zu der zuletzt beschriebenen bekannten Ausführung in DE-OS 31 04 054 unter Vermeidung rotierender Tei­ le und komplizierter Ausgestaltungen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Brenners wird noch im Brennerkopf der Brennstoff durch die Prallfläche fein verteilt und mit der Brennerluft optimal gemischt. Das Brennstoff-Primärluftgemisch tritt dann über die Düsen aus, die ringförmig, in gleichmäßiger Umfangsteilung die Prallfläche umge­ ben. Durch die ringförmige Anordnung der Düsen er­ gibt sich eine große innere Versperrung am Brenner­ mund, was eine hohe Zündstabilität gewährleistet.

Bei diesem erfindungsgemäßen Brenner wird somit eine vollständige und gleichmäßige Vermischung von Brennstoff und Primärluft im Brenner, nicht erst in der Flamme, bei niedrigem Primärluftanteil er­ reicht, ohne daß die Gefahr einer Entmischung im hinteren Brennerrohr besteht.

Bei diesem Brenner kann der Brennstoff durch die Förderluft mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 30 m/s und einer Beladung von 2 bis 10 kg/m² in den Brennerkopf transportiert und die Brennerluft (weitere Primärluft) ebenfalls bis in den Brenner­ kopf geführt werden. Die gesamte Primärluft (För­ derluft und Brennerluft) beträgt dabei 5 bis 10% der Verbrennungsluft, ist also äußerst gering.

Ferner kann hierbei die Luftgeschwindigkeit in den Düsen 40 bis 160 m/s betragen. Die bereits bei Ein­ tritt in die Flamme vorhandene hohe Geschwindigkeit von Primärluft und Brennstoff gewährleisten eine gute Verbrennung.

Bei diesem Brenner gestatten ferner Zwischenräume zwischen den Einzelstrahlen der Düsen den Zutritt von heißer Sekundärluft zum Flammeninneren, wobei die erwähnte innere Versperrung am Brennermund eine Zirkulation bewirkt, die eine intensive Zündung und anschließend Luftmangel im Flammenkern zur Folge hat. Die Einzelstrahlen ziehen durch Verwirbelung im weiteren Verlauf verstärkt Sekundärluft von außen in die Flamme, wodurch ein Langziehen der Flamme vermieden wird. Außerdem wird die Flammen­ temperatur gesenkt, was die Bildung von thermischen NO _x vermindert.

Die erwähnte hohe Geschwindigkeit von Primärluft und Brennstoff sowie die Vermeidung örtlicher Über­ konzentrationen von Brennstoff ergeben einen hohen Ausbrand und verhindern das Ausfallen von Brenn­ stoff aus der Flamme.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Längsschnitt und Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles;

Fig. 3 bis 10 Längsschnitte und Stirnansichten von vier weiteren Ausführungsbei­ spielen;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch ein ande­ res Ausführungsbeispiel;

Fig. 12 Teil-Querschnitt und -Stirnansicht gemäß XVa-XVa bzw. XVb-XVb in Fig. 11;

Fig. 13 einen Längsschnitt durch ein weite­ res Beispiel;

Fig. 14 Teil-Querschnitt und -Stirnansicht gemäß Linien XVIIa-XVIIa bzw. XVIIb-XVIIb in Fig. 13;

Fig. 15 einen Längsschnitt durch eine an­ dere Ausführungsform des Brenners;

Fig. 16 Teil-Querschnitt und -Stirnansicht gemäß Linien IXXa-IXX- bzw. IXXb-IXXb in Fig. 15;

Fig. 17 einen Längsschnitt durch ein noch anderes Beispiel;

Fig. 18 Teil-Querschnitt und -Stirnansicht gemäß Linien XXIa-XXIa bzw. XXIb-XXIb in Fig. 17;

Fig. 19 einen Schnitt durch eine Gußform zur Herstellung einer Düsenplatte.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Brenner für pulverförmigen Brennstoff, insbesondere Kohlen­ staub, enthält ein Rohr 1, das einen Kanal 2 zur Zuführung eines Gemisches von Brennstoff (Pfeil 3) und Förderluft (Pfeil 4) umschließt. Das Rohr 1 ist durch Führungsstege 5 in einem äußeren Brennerrohr 6 angeordnet, das im Bereich des in Fig. 1 veran­ schaulichten Brennerkopfes mit einer Auskleidung 7 versehen ist.

Im Brennerkopf ist mit Abstand vor dem brennraum­ seitigen Ende des Kanales 2 eine Prallfläche 8 vor­ gesehen, die bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel durch eine aus Material hoher Verschleißfestigkeit bestehende Prallplatte 9 gebildet wird.

Die Prallfläche 8 wird von einer Anzahl ringförmig in gleichmäßiger Umfangsteilung angeordneter Düsen 10 umgeben, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch einzelne Düsenkörper 11 gebildet werden und axial, d.h. parallel zur Längsachse des Brenners gerichtet sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist die Auskleidung 7 des Brennerkopfes und die Prall­ platte 9 einstückig ausgebildet und stellt zugleich die Halterung für die Düsenkörper 11 dar. Die Düsenkörper 11 sind zweckmäßig austauschbar. Es kann ferner auch die Möglichkeit vorgesehen werden, die Düsenkörper 11 einstellbar zu haltern, so daß die Achsrichtung der aus den Düsen 10 austretenden Strahlen des Brennstoff-Primärluft-Gemisches ver­ ändert werden kann.

Der zwischen dem Rohr 1 und dem äußeren Brennerrohr 6 befindliche Kanal 12 dient zur Zuführung von Brennerluft bzw. weiterer Primärluft (Pfeil 13). Dieser Kanal 12 mündet ebenso wie der zentrale Kanal 2 in einen Mischraum 14, der brennraumseitig durch die Prallfläche 8 und die Düsen 10 abge­ schlossen wird. In diesem Mischraum 14 erfolgt eine mechanisch-pneumatische Verteilung des Brenn­ stoffes, eine gute Vermischung des Brennstoffes mit der gesamten Primärluft und eine Aufteilung auf die durch die Düsen 10 austretenden Einzel­ strahlen.

In dem zur Zuführung eines Gemisches von Brennstoff und Förderluft dienenden Kanal 2 ist noch ein Hilfs- und/oder Zündbrenner 15 angeordnet, der zentral durch die Prallplatte 9 hindurchgeführt ist. Die brennraumseitige Stirnfläche des Brennerkopfes ist mit einer feuerfesten Schutzfläche 16 ver­ sehen.

Bei den im folgenden beschriebenen weiteren Aus­ führungsbeispielen sind für gleiche Bauteile je­ weils dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet. Erläutert werden lediglich die von der beschriebenen Ausführung abweichenden Einzelheiten.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 sind die Düsen 10 divergent gerichtet. Ein Hilfs- und/oder Zündbrenner 15 ist hierbei nicht vorge­ sehen.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen ein Ausführungs­ beispiel, bei dem die Düsen 10 - bezogen auf die Längsachse des Brenners - konvergent gerichtet sind.

Bei der in den Fig. 7 und 8 veranschaulichten Aus­ führungsform weisen die Düsen 10 eine tangentiale Neigung auf. Die Richtung der aus den Düsen 10 austretenden Einzelstrahlen ist in Fig. 7 (ebenso wie in den Fig. 3 und 5) durch Pfeile angedeutet.

Betrachtet man die aus den Düsen 10 austretenden Strahlen des Brennstoff-Luft-Gemisches, so sind zwischen benachbarten Einzelstrahlen - wie zum Teil bereits in der Einleitung erwähnt - Zwi­ schenräume zum Einströmen der Sekundärluft vor­ handen. Die Größe dieser Zwischenräume kann unter­ schiedlich sein. Die Düsen 10 können eine axiale Richtung (evtl. mit einer tangentialen bzw. Drall­ komponente) oder auch eine divergente oder konver­ gente Richtung aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 9 und 10 wird die Prallfläche 8 durch Brennstoff 19 gebil­ det, der sich in einer Vertiefung 20 a einer Düsen 10 enthaltenden Platte 20 aufstaut. Die Düsen 10 sind bei diesem Ausführungsbeispiel axial (parallel zur Längsachse des Brenners) ausgerichtet. Das Aus­ führungsbeispiel gemäß den Fig. 9 und 10 ist vor allem geeignet, wenn die Förderluftmenge gering, die Beladung demgemäß groß und die Menge der wei­ teren Primärluft (Brennerluft bzw. Reinprimärluft) groß ist.

Die Fig. 11 bis 18 zeigen demgegenüber Brenneraus­ führungen, die bevorzugt Anwendung finden, wenn die Förderluftmenge, die Beladung und die Reinprimär­ luftmenge jeweils mittlere Werte besitzen.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 11 und 12 wird die Prallfläche 8 (wie gemäß den Fig. 9 und 10) durch Brennstoff 19 gebildet, der sich in der Vertiefung 20 a der die Düsen 10 enthaltenden Platte 20 auf­ staut. Die Platte 20 ist hier mit einer zusätzli­ chen Armierung 21 versehen.

Der zur Zuführung der weiteren Primärluft (Rein­ primärluft) dienende Kanal 12 mündet beim Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß den Fig. 11 und 12 über Düsen 22 in den Mischraum 14. Die Düsen 22 sind in einem Ring 23 angeordnet, der zwischen dem Rohr 1 und der Auskleidung 7 des äußeren Brennerrohres 6 angeord­ net ist. Durch diese Düsen 22 wird erreicht, daß die Reinprimärluft (deren Menge hiergegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 und 10 verringert ist) mit der für eine gute Einmischung des Brenn­ stoffes erforderlichen hohen Geschwindigkeit in den Mischraum eintritt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 13 und 14 sind die Düsen 10 divergent gerichtet. Bei der Variante entsprechend den Fig. 15 und 16 weisen die Düsen 10 eine konvergente Richtung auf. Gemäß den Fig. 17 und 18 besitzen die Düsen 10 eine tan­ gentiale Anstellung. Im übrigen entsprechen die Ausführungen nach den Fig. 13 bis 18 der Anordnung entsprechend den Fig. 11 und 12.

Fig. 19 veranschaulicht die Herstellung einer Dü­ senplatte 25 aus Gießkeramik in einer Gußform 26. Zur Formung der Düsen dienen dabei Kerne 27.

Claims (6)

1. Brenner für pulverförmige Brennstoffe, enthal­ tend einen ersten Kanal (2) zur Zuführung eines Gemisches von Brennstoff und Förderluft, einen koaxial hierzu angeordneten zweiten Kanal (12) für Primärluft sowie eine mit Abstand vor dem brennraumseitigen Ende des ersten Kanales vor­ gesehene Prallfläche (8), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) der erste Kanal (2) ist zentral angeordnet und wird von dem zweiten Kanal (12) ringför­ mig umgeben;
• b) ringförmig um die Prallfläche (8) sind in gleichmäßiger Umfangsteilung Düsen (10) an­ geordnet;
• c) der zweite Kanal (12) mündet in einen Misch­ raum (14), der gegenüber dem Brennraum durch die Prallfläche (8) und die Düsen (10) be­ grenzt ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10) durch einzelne Düsenkörper (11) gebildet werden, die in einer Halterung ein­ stellbar und/oder austauschbar angeordnet sind.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10) durch eine einstückig aus metallischem oder keramischem Werkstoff herge­ stellte Düsenplatte (20) gebildet werden.

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10) - bezogen auf die Längsachse des Brenners - parallel, divergent oder konver­ gent gerichtet sind.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10) zusätzlich eine tangentiale Neigung aufweisen.

6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Kanal (2) ein zentral durch die Prallfläche (8) hindurchgeführter Hilfs- und/oder Zündbrenner (15) angeordnet ist.