DE4217879A1 - Brenner für staubförmigen Brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Kohlenstaubbrenner (EP-OS 04 45 938) wird die Sekundärluft und die Tertiärluft den luftführenden Ringkanälen radial aus einem mehreren Brennern gemeinsamen Luftkasten zugeführt. In den radialen Eintrittsstutzen der Ringkanälen sind Drosselklappen angeordnet. Über eine Änderung der Anstellung der im Sekundärluftstrom liegenden, flachen Drosselklappen wird der Druckverlust verändert, während über die im Tertiärluftstrom angeordneten Drosselklappen die Drallintensität und die Luftmenge eingestellt wird. Die Versorgung eines Brenners aus einem solchen mehreren Brennern gemeinsamen Luftkasten mit Verbrennungsluft läßt keine individuell meßbare Einstellung sowohl eines einzelnen Brenners als auch der Einzelluftströme innerhalb des Brenners hinsichtlich Luftmenge, Luftverteilung und Drallintensität zu.

Aus der DE-PS 32 10 368 ist ein Kohlenstaubbrenner bekannt, der mit zwei luftführenden Ringkanälen versehen ist, die über eine radial angeordnete Luftleitung mit Sekundär- und Tertiärluft versorgt werden. Jeder Ringkanal mündet in eine eigene Brennerkehle. In dem die Sekundärluft führenden Ringkanal sind Drallklappen angeordnet.

Es ist ferner ein Kohlenstaubbrenner bekannt (Mitteilungen der VGB, Heft 50. 1958, Seite 348), der mit einem spiralförmigen Lufteintrittsgehäuse versehen ist. Durch die so bewirkte tangentiale Luftanströmung entsteht ein kontinuierlicher Übergang in die axiale Luftströmung, wodurch der Druckverlust im Brenner verringert und die Luftverteilung vergleichsmäßigt wird. In dem spiralförmigen Lufteintrittsgehäuse sind radiale Drallklappen angeordnet, durch die der Drall verändert werden kann. Bei dieser Drallverstellung bleibt immer ein Restdrall erhalten, der nicht aufgehoben werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner so zu gestalten, daß die Zahl der Freiheitsgrade für eine Brenneroptimierung zur Verminderung der Bildung von Stickoxiden erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Brenner zeichnet sich durch eine individuell regelbare Einzelluftzuführung aus, bei der über die tangentiale Luftanströmung der Sekundärluftstrom und der Tertiärluftstrom gleichmäßig über den betreffenden Strömungsquerschnitt verteilt werden. Über die Dralleinrichtungen in dem Sekundärluftrohr und dem Tertiärluftrohr kann der Drall der einzelnen Luftströme individuell verstärkt, vermindert oder aufgehoben werden, um je nach dem einzusetzenden Brennstoff die Mischungsintensivität von Brennstoff und Verbrennungsluft in einer inneren Verbrennungszone zu beeinflussen und um eine stabile, die innere Verbrennungszone umgebende Strömung zu erzeugen. Auf diese Weise entsteht eine innere Verbrennungszone mit einer niedrigen Luftzahl und eine sauerstoffreichere, stabile Flammenumhüllung, aus der die brennstoffreiche Flamme verzögert mit Sauerstoff versorgt wird und die aufgrund ihrer Atmosphäre eine Korrosionsbildung an den Feuerraumwände vermeidet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Brenner und

Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1.

Der Brenner, der zur Verbrennung von Kohlenstaub dient, enthält eine in der Brennerlängsachse 1 vorgesehene Ölbrennerzündlanze 2, die innerhalb eines Kernluftrohres 3 angeordnet ist. Die Ölbrennerzündlanze 2 trägt am vorderen Ende eine Ölzerstäuberdüse 4. In der Nähe der Ölzerstäuberdüse 4 ist innerhalb des Kernluftrohres 3 ein Drallkörper 5 angeordnet.

Das Kernluftrohr 3 ist unter Bildung eines zylindrischen Ringkanals von einem Primärluftrohr 6 umgeben. Das Primärluftrohr 6 ist an dem rückwärtigen Ende über einen Krümmer 7 mit einer Staubleitung 8 verbunden, die zu einer nicht gezeigten Mühle führt. Über die Staubleitung 8 wird ein Gemisch aus Primärluft bzw. Primärgas und Kohlenstaub in das Primärluftrohr 6 eingespeist. In dem Primärluftrohr 6 ist in einem axialen Abstand von dem austrittseitigen Ende ein Dralleinsatz 9 angeordnet, der auf dem Kernluftrohr 3 befestigt ist. Dieser Dralleinsatz 9 versetzt den Strom aus Primärluft bzw. Primärgas und Kohlenstaub in eine Rotationsströmung. An dem austrittseitigen Ende des Primärluftrohres 6 sind Einbauten in Form eines Ringes 10 angebracht, der eine radial nach innen gerichtete Kante aufweist. Diese Kante ragt in den Strom aus Primärluft bzw. Primärgas und Kohlenstaub hinein.

Das Primärluftrohr 6 ist konzentrisch unter Bildung eines zylindrischen Ringkanals von einem Sekundärluftrohr 11 und dieses ist wiederum unter Bildung eines zylindrischen Ringkanals konzentrisch von einem Tertiärluftrohr 12 umgeben. Das Sekundärluftrohr 11 überragt das Primärluftrohr 6 in Richtung der Brennerlängsachse 1 und geht in einen sich konisch nach außen erweiternden Abschnitt, das heißt in eine innere Brennerkehle 13 über. Das Tertiärluftrohr 12 ist ebenfalls gegenüber dem Primärluftrohr 6 verlängert und setzt sich in einen sich konisch nach außen erweiternden Abschnitt, das heißt in eine äußere Brennerkehle 14 fort, die die innere Brennerkehle 13 in einem radialen Abstand umgibt. Die äußere Brennerkehle 14 geht in eine Brennermündung 15 über, die in der aus gekühlten Rohren aufgebauten Wand 16 eines Feuerraumes gebildet ist. Die innere Brennerkehle 13 kann die gleiche Länge aufweisen wie die äußere Brennerkehle 14 und ebenfalls bis zur Brennermündung 15 reichen. Es ist auch möglich, daß die innere Brennerkehle 13 kürzer ist und in einem Abstand von der Brennermündung 15 endet. Der Neigungswinkel, den die äußere Brennerkehle 14 mit der Brennerlängsachse 1 bildet kann dem Neigungswinkel der inneren Brennerkehle 13 entsprechen oder davon abweichen.

Gemäß Fig. 1 sind beide Brennerkehlen 13, 14 gekühlt und durch Rohre gebildet, die aus den Rohren der Wand 16 des Feuerraumes ausgebogen sind. Die Brennerkehlen 13, 14 können auch aus Blechmänteln bestehen, die durch Luft gekühlt werden.

Das Sekundärluftrohr 11 und das Tertiärluftrohr 12 jedes einzelnen Brenners sind an dem rückwärtigen Ende jeweils mit einem spiralförmigen Einlaufgehäuse 17, 18 verbunden, die an Regelklappen 23, 24 aufnehmende Einzelluft-Eintrittsleitungen 24, 25 angeschlossen sind und die das Sekundärluftrohr 11 mit Sekundärluft und das Tertiärluftrohr 12 mit Tertiärluft als Teilströme der Verbrennungsluft versorgen. In den Einlaufgehäusen 17, 18 sind in Strömungsrichtung der Luft verlaufende spiralförmige Leitbleche 19 angeordnet. Die Einlaufgehäuse 17, 18 sorgen bei der beschriebenen Einzelluftzuführung für eine gleichmäßige Luftverteilung über die Ringquerschnitte des Sekundärluftrohres 11 und des Tertiärluftrohres 12.

Unmittelbar vor dem Austrittsende ist jeweils in dem Sekundärluftrohr 11 und dem Tertiärluftrohr 12 eine Einrichtung zur Beeinflussung des Dralls in Form eines Geschränks aus drehbar gelagerten axialen Drallklappen 20, 21 angeordnet, die über ein nicht gezeigtes Gestänge und einen Stellantrieb von außen verstellbar sind. Durch diese axialen Drallklappen 20, 21 wird der Sekundärluft und der Tertiärluft ein Drall von einstellbarer Größe aufgezwungen. Je nach der Anstellung gegenüber der Luftströmung verstärken oder vermindern diese Drallklappen 20, 21 den durch das Einlaufgehäuse 17, 18 bewirkten Drall des Luftstromes. In besonderen Fällen kann der Drall auch ganz aufgehoben werden.

In einem Brenner, in dem ausschließlich Kohlenstaub von gleichbleibender Zusammensetzung und Qualität verbrannt werden soll, kann auch ein fest eingestellter Drallapparat mit definierter Drallintensität eingesetzt werden.

Der in dem Primärluftrohr 6 angeordnete Dralleinsatz 9 erzeugt eine Rotationsströmung, die eine gleichmäßige Durchströmung des Primärluftrohres 6 ergibt. Gleichzeitig wird der Kohlenstaub innerhalb des Gemischstromes am äußeren Umfang des Primärluftrohres 6 angereichert. Beim Austritt aus dem Primärluftrohr 6 wird durch den dort angeordneten Ring 10 die Kohlenstaubkonzentration im Randbereich aufgerissen, wodurch Rezirkulationswirbel erzeugt werden. Diese Rezirkulationswirbel sorgen für eine beschleunigte Aufheizung des Kohlenstaubes und eine ausreichende Durchmischung des Kohlenstaubes mit einem Teil der Sekundärluft. Die Kohlenstaubkonzentration an einer definierten Stelle an der Brennermündung 15 bewirkt das Auftreten eines partiell sehr starken Luftmangels, der örtlich und zeitlich mit der Ausgasungsphase des Kohlenstaubes einhergeht.

Die dem Brenner einzeln und in regelbarer Menge zugeführte Sekundär- und Tertiärluft wird durch die spiralförmigen Einlaufgehäuse 17, 18 gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt verteilt. Der Drall, den die Sekundärluft durch das Einlaufgehäuse 17 erhalten hat, wird durch die unmittelbar vor dem Austrittsende des Sekundärluftrohres 11 angeordneten Drallklappen 20 in dem Sinne beeinflußt, daß die Drallintensität zwischen null und einem Maximalwert eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann die Drallintensität so auf den zu verbrennenden Kohlenstaub abgestimmt werden, daß in jedem Anwendungsfall eine sichere Zündung des Kohlenstaubes und eine stabile Anfangsflamme gewährleistet sind. Durch die Drallklappen 21 wird die Drallintensität der Tertiärluft variiert und so eine stabile, dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassende Strömung erzeugt, die den inneren, brennstoffreichen Flammenbereich umhüllt und dadurch eine zeitlich und örtlich verzögerte Sauerstoffeinmischung bei einer gleichzeitigen Sauerstoffanreicherung der Randbereiche der Flammenausdehnung bewirkt. Auf diese Weise werden an einem vorgegebenen Brenner für den Kohlenstaub einer beliebigen Qualität Bedingungen geschaffen, die bei optimalem Verbrennungsverhalten die Bildung von Stickoxiden unterdrücken.

Claims (7)

1. Brenner zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff mit in konzentrische Teilströme aufgeteilter Verbrennungsluft, wobei der Brenner ein Primärluft bzw. Primärgas und Brennstoff führendes Primärluftrohr (6) aufweist, das von einem Sekundärluft führenden Sekundärluftrohr (11) und einem Tertiärluft führenden Tertiärluftrohr (12) umgeben ist, das Sekundärluftrohr (11) sich in einen sich konisch erweiternden Abschnitt (innere Brennerkehle 13) und das Tertiärluftrohr (12) sich in einen sich konisch erweiternden Abschnitt (äußere Brennerkehle 14) fortsetzt und in dem Sekundärluftrohr (11) ein Drallapparat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärluftrohr (11) und das Tertiärluftrohr (12) jeweils mit einem spiralförmigen Einlaufgehäuse (17, 18) mit separaten Lufteintrittsleitungen (24, 25) verbunden sind und daß sowohl in dem Sekundärluftrohr (11) als auch in dem Tertiärluftrohr (12) Einrichtungen zur Verstärkung bzw. Verminderung des Dralls angeordnet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Sekundärluftrohr (11) und dem Tertiärluftrohr (12) angeordneten Einrichtungen zur Verstärkung bzw. Verminderung des Dralls angeordneten Einrichtungen aus verstellbaren axialen Drallklappen (20, 21) bestehen.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallerzeuger aus einem feststehenden Dralleinsatz besteht.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Primärluftrohres (6) ein eine Ölzündbrennerlanze (2) aufnehmendes Kernluftrohr (3) angeordnet ist und daß innerhalb des Primärluftrohres (6) auf dem Kernluftrohr (3) ein Dralleinsatz (9) befestigt ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ende des Primärluftrohres (6) ein umlaufender Ring (10) mit einer radial nach innen gerichteten Kante angeordnet ist, die in den aus Primärluft und Kohlenstaub bestehenden Strom hineinragt.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einlaufgehäusen (17, 18) Leitbleche (19) angeordnet sind.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der sich konisch erweiternde Abschnitt des Sekundärluftrohres (11) aus gekühlten Rohren gebildet ist.