DE3636071A1 - Einrichtung zum verbrennen, insbesondere von reaktionstraegem kohlenstaub - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verbrennen, insbesondere von reaktionsträgem Kohlenstaub, mit einer Staub- und Verbrennungsluftzuführung in der Längsmittelachse der Einrichtung, mit einer hinteren Muffel und einer sich daran anschließenden, in Achsrichtung der Muffel gelegenen vorderen Beschleunigungskammer.

Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der EP-OS 01 11 874 bekannt. Auch die DE-OS 25 27 618 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung, bei der die Staub- und Verbrennungsluftzuführung mittels einer Lanze in der Längsachse der Muffel erfolgt, an deren vorderem Ende eine die Strömungsrichtung des Staubes und der Verbrennungsluft in der Lanze umkehrende Kappe angeordnet ist. - Als vorderes Ende der Muffel der Beschleunigungskammer und der Vorrichtung etc. ist hier wie nachstehend, die jeweils dem Eintritt des Kohlenstaubs abgekehrte Seite der genannten Teile zu verstehen.

Den bekannten Einrichtungen der genannten Gattung gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Maß des Ausbrandes zu erhöhen und damit den Wirkungsgrad der Vorrichtung derart zu steigern, daß der Anteil an Unverbranntem in der Asche gesenkt wird.

Damit soll es möglich sein, die gewonnene Asche noch anderweitig zu verwerten, so z. B. in der Zementindustrie. An sich ist es möglich, das Maß des Ausbrandes, insbesondere bei reaktionsträgem Kohlenstaub, dadurch zu steigern, daß die Länge der Vorrichtung und damit die Verweilzeit des Staubes in der Vorrichtung beträchtlich erhöht wird. Insofern ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Baulänge der Einrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen zu verringern, mindestens aber bei besserem Ausbrand nicht zu vergrößern. Letztendlich soll die gewonnene Asche leicht aus der Vorrichtung abgeführt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches vor. - Merkmale der Unteransprüche dienen der Verbesserung und Weiterentwicklung der Merkmale des Hauptanspruches.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, durch die Einschnürung in der Beschleunigungskammer in Nähe der Muffel einerseits die aus der Muffel stammende Strömung in den mittleren Bereich der Beschleunigungskammer zu bringen, um hierdurch Kohlenstaubteilchen der Randströmung in der Muffel und im hinteren Bereich der Beschleunigungskammer gegen die Längachse der Vorrichtung und damit gegen den mittleren Strömungsbereich des Kohlenstaubes und die Flamme zu lenken. - Bei Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art ergibt sich eine Drehströmung, die eine innere und eine äußere Drallströmung gleicher Drehrichtung, jedoch entgegengesetzter Bewegungsrichtung in der Beschleunigungskammer bewirkt. In der randseitigen Drallströmung der Beschleunigungskammer, die gegen die Muffel gerichtet ist, sammelt sich ein bestimmter Anteil Asche. Durch die Einschnürung wird das Austragen dieser Asche gefördert, gleichgültig wie die Form der Einschnürung gewählt wird. Hat diese konusförmige Gestalt, wobei die gedachte Konusspitze in Richtung des vorderen Endes der Beschleunigungskammer gerichtet ist, so stellt die Einschnürung eine Art Wehr dar, durch die in erhöhtem Maße ein Austragen der Asche aus der Randströmung in der Beschleunigungskammer bewirkt wird. Wird der Einschnürung auf der Seite des vorderen Endes der Beschleunigungskammer eine gerade oder gewölbte Form gegeben, so daß die Einschnürung im Querschnitt eine dreieckige oder ungefähr dreieckige Form besitzt, so wird einerseits ein guter Austrag der Asche aus der gedrallten Randströmung in der Beschleunigungskammer erzielt, andererseits wird auch ein Teil des Kohlenstaubes aus dieser Randströmung in der Beschleunigungskammer wieder gegen die Längsmittelachse der Vorrichtung und damit gegen die Flamme geführt. Insofern ist die Vorder- und die Rückseite der Einschnürung bei dreieckigem oder annähernd dreieckigem Querschnitt sowohl in Strömungsrichtung vor der Einschnürung wie auch hinter der Einschnürung dazu geeignet, Kohlenstaubteile aus den Randströmungsbezirken gegen die Längsmittelachse der Vorrichtung und damit gegen den heißführenden Teil der Gesamtströmung zu leiten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und zwar zeigt

Fig. 1 einen horizontalen Längsschnitt durch die Vorrichtung,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Einschnürung in der Beschleunigungskammer,

Fig. 3 den hinteren Bereich der Vorrichtung, der Ableitkammer und der sie umgebenden Ringkammer und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist eine Brennermuffel 1 auf, die konisch gestaltet ist und sich von ihrem hinteren Ende 2 zu ihrem vorderen Ende 3 hin erweitert. Das hintere Ende der Muffel weist eine Drallvorrichtung 4 auf, in der über die Leitung 5 zugeleitete Verbrennungsluft tangential in die Muffel eingeführt und in eine schraubenlinienförmige Drallströmung 6 in der Muffel 1 versetzt wird. Durch die Brennermuffel 1 ragt in deren Längsachse eine rohrförmige Blaslanze 7, die an ihrem vorderen Ende eine Kappe 8 trägt, die bewirkt, daß die Bewegung der Verbrennungsluft und des Kohlenstaubs in der Blaslanze außerhalb derselben umgekehrt wird und die Luft und der Staub in Richtung der Pfeile 9 aus der Kappe 8 austreten. Hierdurch tritt um die Lanze 7 herum eine Umlaufströmung des Kohlenstaubs und der Verbrennungsluft in Richtung der Pfeile 10 auf, deren außenliegender Strömungsteil von der Drallströmung 6 aus Verbrennungsluft und Kohlenstaub erfaßt und schraubenlinienförmig gegen das vorderen Muffelende 3 mitgenommen wird, während der der Blaslanze unmittelbar benachbarte Teil der Umlaufströmung 10 längs der Lanze 7 gegen das hintere Muffelende 2 strömt.

An die Brennermuffel 1 schließt sich (nach rechts in Fig. 1) die zylindrische Beschleunigungskammer 11 an, deren Mantel von Kühlrohren 12 umgeben sein kann. Die Strömungen 6 und 10 sowie das vordere Ende der Lanze 7 und die Kappe 8 ragen, wie Fig. 1 erkennen läßt, in den hinteren Abschnitt 11 a der Beschleunigungskammer 11. Im Bereich oder im Anschluß an dieses hintere Ende 11 a der Kammer 11 ist eine mit der allgemeinen Bezugsziffer 13 versehene Einschnürung angeordnet, die ringartig ausgebildet ist und im Querschnitt gemäß den gestrichelten Linien dreieckförmig mit abgeschrägten geraden Flächen 14, 15 ausgebildet ist. Die geraden Flächen können auch durch konkave Flächen 16, 17 ersetzt sein. - Durch die Flächen 14, 16 der Einschnürung wird die Drallströmung 6 den Pfeilen 18 entsprechend gegen die Längsmittelachse L der Vorrichtung und in den Bereich der Flamme in der Beschleunigungskammer gerichtet. Hierdurch gelangen die Kohlenstaubteilchen, die im Randbereich der Muffel 1 und in dem hinteren Ende 11 a der Kammer 11 aufgrund der Drehströmung 6 sich befinden, wieder in den mittleren heißen Bereich der in Längsrichtung der Vorrichtung diese durchsetzenden Strömung. Die aus der Einschnürung 13 austretende Strömung stellt sich als Drallströmung 19 dar.

An das hintere Ende der Beschleunigungskammer 11 schließt sich eine verjüngte Ableitkammer 20 an. In dieser findet ein Teil der Drallströmung 19 in Form der Drallströmung 21 ihre Fortsetzung. In das vordere Ende der Ableitkammer 20 mündet ein Aschenaustragsrohr 22, das nach unten gerichtet ist und aus dem die verbrannten Ascheteile aufgrund ihrer Schwerkraft austreten können. Durch den zylindrischen, mittleren Teil 23 kann die Flamme bzw. können die heißen Rauchgase in Richtung der Pfeile 24 austreten.

Die Kammer 20 ist von einer Ringkammer 25 umgeben, der über die Leitung 26 zusätzliche Verbrennungsluft zugeführt wird, die ebenso wie die über die Leitung 5 zugeführte Verbrennungsluft vorgewärmt sein kann. Die Luft in der Ringkammer 25 strömt in Richtung der Pfeile 27 gegen das hintere Ende der Muffel 11 und erhält dort eine Drallbewegung durch die Dralleinrichtung 28.

Bedingt durch die in der Beschleunigungskammer 11 sich ergebende Drehströmung wird um die Drallströmung 19 herum eine in der Drehung gleichgerichtete äußere Strömung 29 erzeugt, die entgegengesetzt zur Drallströmung 19 in Richtung des Pfeiles 30 in Richtung des Pfeiles 31 sich bewegt. Unterstützt wird diese äußere, an der Wand der Beschleunigungskammer 11 entlanggeführte Drallströmung 29 durch jene aus der Ableitkammer 20 und die aus der Dralleinrichtung 28 austretende Strömung. Hierbei ist die Dralleinrichtung 28 so ausgelegt, daß sie die gleiche Drallrichtung hat wie die Drallströmung 29. Diese äußere Drallströmung trifft auf die Flächen 15, 17 der Einschnürung 13. Hierdurch wird auch diese äußere Drallströmung gegen die Mittellängsachse L und damit in den heißgehenden Abschnitt der Vorrichtung gelenkt. Andererseits aber wird auch ein Teil der Asche aus der äußeren Strömung 29 aufgrund der Zentrifugalkraft nicht wieder gegen die Längsmittelachse gebracht, vielmehr fällt sie durch ein nach unten gerichtetes Ascheaustragsrohr 32 aus der Strömung heraus.

Fig. 1 läßt erkennen, daß die Einschnürung 13 sowohl die Drallströmung 6 wie auch die äußere Strömung 29 einwärts, d. h. gegen die Längsmittelachse der Vorrichtung lenkt. Dieses wird genutzt zum Ausscheiden der Asche aus der Beschleunigungskammer.

In Fig. 2 ist eine weitere Form der Einschnürung darge­ stellt, die die Bezugsziffer 50 trägt und konische Gestalt hat, wobei die gedachte Konusspitze 51 in Richtung auf das hintere Ende und die Ableitkammer 20 gerichtet ist. Die konische Einschnürung 50 besitzt eine der Muffel 1 zugekehrte Fläche 52, mit Hilfe welcher die Drallströmung 6 wiederum in Richtung der Pfeiles 53 gegen das Innere, d. h. die Längsachse L der Vorrichtung gelenkt wird. Die Rückströmung 54 am Rand der Beschleunigungskammer 11, die der Strömung 29 nach Fig. 1 entspricht, wird in dem im Querschnitt spitzwinkligen Zwickelbereich 55 "gefangen", d. h. hier ergibt sich ein Stau der Drallströmung 54, die das Austragen der Asche in das Rohr 56 fördert. Das hierfür vorgesehene Ascheaustragsrohr 56 kann in geeigneter Weise gestaltet sein. Um die Asche an der Vorderseite der konischen Einschnürung 50 zu halten, weist die Einschnürung 50 an ihrer Vorderseite eine ringartige Erhöhung 57 derart auf, daß die Drallströmung 54 im oberen Bereich der konischen Einschnürung 50 in den Raum 58 hinter der Erhöhung gelangt und der Staub am Umfang der Einschnürung 13 beidseitig der vertikalen Längsmittelebene der Vorrichtung halbringartig abgleitend in das Ascheaustragsrohr 56 kommt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Ascheaustragsrohr der Kammer 70 von einer dem Querschnitt dieser Kammer dünneren Ringkammer 71 umgeben. Der Durchmesser a der Kammer 70 kann der lichten Öffnung 59 bzw. 13 a der Einschnürung nach Fig. 1 und 2 angepaßt oder ungefähr angepaßt sein. Auch kann der Durchmesser des Austrittsteils 72 den Erfordernissen entsprechend variiert werden.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, kann die Ableitkammer 20 und ein Abschnitt der Beschleunigungskammer von einem Kühlrohr 33 durchsetzt werden, das sich in der Längsmittelachse L der Vorrichtung erstreckt und Kühlmittel von einer Zuführungsleitung 34 erhält und dieses über die Leitung 35 abführt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird die Verbrennungsluft über die Leitung 5 einer zyklonartigen Ringkammer 76 zugeführt, die eine schwenkbare Klappe 77 aufweist, mit deren Hilfe die zugeführte Menge und die Strömung der Verbrennungsluft innerhalb der Ringkammer und damit die Drallströmung 78 geregelt werden kann. Diese wird teilweise bei 79 umgekehrt; ein anderer Teil der Drallströmung 78 tritt bei 80 in die Beschleunigungs­ kammer 11 über und setzt sich dort in der Drallströmung 81 fort. - Die Muffel 1, die in Fig. 4 einen konischen Abschnitt 82 und einen zylindrischen Abschnitt 83 besitzt, nimmt wiederum die zentrische und in Richtung des Pfeiles 84 längsverschiebbare Blaslanze 7 mit Kappe 8 auf. (Auch die Lanze 7 nach Fig. 1 und 2 kann längsverschieblich sein.) Der konische Abschnitt 82 der Muffel 1 ist von einer Vorwärmkammer 85 mit den Luftein- und -austritten 86, 87 umgeben. Ein Teil der dort vorgewärmten Luft wird über die Leitung 88 dem Ringraum 89 mit Drallvorrichtung 90 zugeführt.

Das vordere Ende der Muffel 1 besitzt ebenfalls eine konische Einschnürung 80, durch die die Drallströmung 78 einwärts gegen die Längsachse L der Vorrichtung gelenkt wird und bei 80 aus der Muffel 1 austritt. Der Ringraum 89 ist an seinem vorderen Ende auf Höhe der konischen Einschnürung 50 der Muffel 1 ebenfalls konisch ausgebildet, so daß zwischen den Wandabschnitten 91, 92 ein konisch einwärts gerichteter Ringraum 93 entsteht und mit dessen Hilfe die vorgewärmte Luft der Leitung 88 der Strömung 78 bei 80 hinzugeführt wird, die beide die gleiche Drallrichtung haben.

Das vordere Ende der Kammer 11 weist wiederum die Zuführung 94 für vorgewärmte Luft mit der Drallvorrichtung 95 auf. Der Wandabschnitt 92 bildet wiederum einen Zwickelbereich 96 mit einem Ascheaustrags­ rohr 97. Die Strömungsverhältnisse in der Kammer 11 nach Fig. 4 sind vergleichsweise dieselben wie in der Kammer 11 nach Fig. 1 bis 3. Fig. 4 läßt erkennen, daß der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 83 der Muffel 1 geringer ist als der Durchmesser der Kammer 11, wodurch der Zwickelbereich 96 bei gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 etwa gleich großer Einschnürung 50 vergrößert ist.

Die zusätzliche Luft aus dem Ringraum 89 drückt die aus der konischen Einschnürung 50 der Muffel 1 austretende Drallströmung bei 80 zusätzlich gegen die Längsachse L einwärts.

Claims (11)

1. Einrichtung zum Verbrennen, insbesondere von reaktionsträgem Kohlenstaub, mit einer Staub- und Verbrennungsluftzuführung in der Längsmittelachse der Einrichtung, mit einer hinteren Muffel und einer sich daran anschließenden, in Achsrichtung der Muffel gelegenen Beschleunigungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungskammer (11) in ihrer der Muffel (1) benachbarten Längshälfte mit einer ringartigen Einschnürung (13, 50) versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (50) aus einem konischen oder konusartigen Ring besteht, dessen gedachte Konusspitze gegen das vordere Ende der Beschleunigungskammer (11) gerichtet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (13) durch einen doppelkonischen oder doppelkonusartigen Ring gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer einen Blaskopf tragenden Lanze in der Längsmittelachse der Muffel, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (13, 50) kurz hinter dem Blaskopf (Kappe 8) in der Beschleunigungskammer (11) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ascheaustrag (32, 50) aus der Beschleunigungskammer (11) unter oder unmittelbar vor der Einschnürung (13, 50) in der Beschleunigungskammer (11) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 6, mit einer sich an die Beschleunigungskammer anschließenden und von einer Ringkammer umgebenen Ableitkammer, wobei Zusatzluft aus der Ringkammer in Richtung auf die Muffel in die Beschleunigungskammer eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (13, 50) einen freien Querschnitt besitzt, der dem oder ungefähr dem Querschnitt (a) der Ableitkammer (20, 70) entspricht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende der Ableitkammer (20, 70) einen weiteren Ascheaustrag (22) besitzt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (13, 50) konisch ist und einen Zwickelbereich (55, 96) mit der Wand der Beschleunigungskammer (11) bildet.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffel (1) einen geringeren Durchmesser hat als die Beschleunigungskammer (11).

10. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (50) von einem konischen Ringraum (93) umgeben ist, dem zusätzliche Verbrennungsluft aus einem die Muffel (1) umgebenden Ringraum (89) zugeführt wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffel (1) einen konischen (82) und einen zylindrischen (83) Abschnitt aufweist und der konische Abschnitt (82) von einer Vorwärmkammer (85) für die Verbrennungsluft umgeben ist.