DE4325643A1 - Brenner zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff - Google Patents

Description

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

Bei derartigen Brennern läßt sich aufgrund der Aufteilung der Verbrennungsluft in mehrere konzentrische Teilströme die Bildung von Stickoxid bei der Verbrennung des staubförmigen Brennstoffes unterdrücken. In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 42 17 879.7 ist ein Brenner beschrieben, der diese Eigenschaft aufweist. Dieser Brenner zeichnet sich durch eine individuell regelbare Einzelluftzuführung aus, bei der über eine tangentiale Luftanströmung der Sekundärluftstrom und der Tertiärluftstrom gleichmäßig über den betreffenden Strömungsquerschnitt verteilt werden. Über 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner so zu gestalten, daß eine wirkungsvollere und kontrollierbare Beeinflussung des Verbrennungsablaufes ermöglicht wird, die vorrangig auf die chemisch-physikalischen Zusammenhänge der Stickoxidbildung und -reduzierung in der primären Verbrennungszone ausgerichtet ist.

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

Der zwischen der Strömungsleiteinrichtung und dem Primärluftrohr gebildete, definierte Ringspalt ermöglicht es einem Teilstrom der Sekundärluft, sich in den Zündbereich des Flammenkernes einzumischen. Auf diese Weise wird eine frühe Zündung des staubförmigen Brennstoffes in der Sauerstoffmangelzone unterstützt. Die Strömungsleiteinrichtung bewirkt damit einerseits eine Stabilisierung der Anzündung am Brenner und darüber hinaus eine in radialer Richtung begrenzte Ausdehnung der Flamme. Andererseits wirkt die Strömungsleiteinrichtung luftabweisend und verzögert dadurch die Mischreaktion zwischen dem Sauerstoff der Verbrennungsluft und den Brennstoffprodukten. Dies alles vermindert eine Bildung von Stickoxid.

Der den Ringspalt durchströmende Teilstrom der Sekundärluft kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe des verschiebbaren Drosselringes verändert werden. Dadurch kann das unterschiedliche Zündverhalten verschiedener Brennstoffe innerhalb eines weiten Bereiches beeinflußt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Längsschnitt durch einen Brenner.

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 austrittsseitigen Ende ein Dralleinsatz 9 angeordnet, der mit einem Verdrängungskörper 10 verbunden ist. Der Verdrängungskörper 10 ist auf dem Kernluftrohr 3 befestigt. Der Dralleinsatz 9, der feststehend oder verstellbar sein kann, versetzt den Strom aus Primärluft bzw. Primärgas und Kohlenstaub in eine Rotationsströmung. Dadurch wird die Staubkonzentration in dem Primärluftstrom vergleichmäßigt und gleichzeitig nach außen gedrängt. Diese Wirkung wird durch den Verdrängungskörper 10 verstärkt.

An dem austrittsseitigen Ende des Primärluftrohres 6 sind Einbauten in Form eines Ringes 11 angebracht, der eine radial nach innen gerichtete Kante aufweist. Diese Kante ragt in den Strom aus Primärluft bzw. Primärgas und Kohlenstaub hinein und bewirkt eine Aufreißen der Staubkonzentration im Randbereich des Primärluftrohres 6. Auf diese Weise werden Kohlenstaub und Primärluft in einem kleinen Volumenbereich intensiv verwirbelt.

Das Primärluftrohr 6 ist konzentrisch unter Bildung eines zylindrischen Ringkanals von einem Sekundärluftrohr 12 und dieses ist wiederum unter Bildung eines zylindrischen Ringkanals konzentrisch von einem Tertiärluftrohr 13 umgeben. An das Tertiärluftrohr 13 ist eine Brennerkehle 14 angeschlossen, die in eine Brennermündung 15 in der Wand 16 eines Feuerraumes übergeht. Die Brennerkehle 14 ist aus den Rohren gebildet, aus denen die Wand 16 des Feuerraumes aufgebaut ist.

Das Sekundärluftrohr 12 und das Tertiärluftrohr 13 jedes einzelnen Brenners sind an dem rückwärtigen Ende jeweils mit einem spiralförmigen Einlaufgehäuse 17, 18 verbunden, die an Stellklappen 19, 20 aufnehmende Einzelluft-Eintrittsleitungen 21, 22 angeschlossen sind. Die Einzelluft-Eintrittsleitungen 21, 22 versorgen das Sekundärluftrohr 12 mit Sekundärluft und das Tertiärluftrohr 13 mit Tertiärluft als Teilströme der Verbrennungsluft.

In dem Sekundärluftrohr 12 und dem Tertiärluftrohr 13 ist jeweils unmittelbar vor dem Austrittsende eine Einrichtung zur Beeinflussung des Dralls in Form eines Geschränks aus drehbar gelagerten axialen Drallklappen 23, 24 angeordnet, die über ein nicht gezeigtes Gestänge und einen Stellantrieb von außen verstellbar sind. Durch diese axialen Drallklappen 23, 24 wird der Sekundärluft und der Tertiärluft ein Drall von einstellbarer Größe aufgezwungen. 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.

Am austrittsseitigen Ende ist das Primärluftrohr 6 unter Bildung eines Ringspaltes 25 von einer Strömungsleiteinrichtung 26 umgeben. Die Breite des Ringspaltes 25 ist größer oder gleich 1,5% des Außendurchmessers des Primärluftrohres 6. Die Strömungseinleitrichtung besteht aus einer zylindrischen Hülse und ist auf der Anströmseite mit einem Anströmsegment 27 und auf der Abströmseite mit einem Abströmsegment 28 versehen. Das Anströmsegment 27 bildet mit der Brennerlängsachse einen Anströmwinkel von maximal 45°, und das Abströmsegment 28 bildet mit der Brennerlängsachse einen Abströmwinkel von maximal 25°. Zumindest das Anströmsegment 27 und der zylindrische Mittelteil der Strömungsleiteinrichtung 26 liegen innerhalb des Sekundärluftrohres 12. Die Strömungsleiteinrichtung 26 teilt die durch das Sekundärluftrohr 12 strömende Sekundärluft in zwei Teilströme auf, von denen einer durch den Ringspalt 25 strömt.

Über Abstützsegmente 29 ist die Strömungsleiteinrichtung 26 auf dem Primärluftrohr 6 zentriert. Die Abstützsegmente 29 können parallel zur Brennerlängsachse 1 verlaufen, oder vorzugsweise unter einem Winkel zur Brennerlängsachse angestellt sein. Dieser Winkel beträgt 0° bis 80° vorzugsweise 45°. Durch eine solche Anstellung wird dem den Ringspalt 25 durchströmenden Teilstrom eine Rotation mit einem hohen Mischungspotential aufgezwungen. Der den Ringspalt 25 durchströmende Teilstrom der Sekundärluft mischt sich in den Strom aus Kohlenstaub und Primärluft ein, die durch den mit dem Verdrängungskörper 10 verbundenen Dralleinsatz 9 und den in das Primärluftrohr 6 hineinragenden Ring 11 verwirbelt sind. Gleichzeitig wird durch den aus dem Ringspalt 25 austretenden Teilstrom der Sekundärluft die Anfangsflamme daran gehindert sich in radialer Richtung auszudehnen. Dadurch vermischen die Sekundärluft und die Tertiärluft nur verzögert mit dem Brennstoff, was durch den diesen Luftströmen aufgezwungenen Drall von einstellbarer Größe begünstigt wird.

Auf dem Primärluftrohr 6 ist ein Drosselring 30 axial bis in die Einlauföffnung der Strömungsleiteinrichtung 26 verschiebbar angeordnet. Durch ein Verschließen oder Freigeben des Ringspaltes 25 mit Hilfe des Drosselringes 30 können die Anteile der Teilströme der Sekundärluft variiert und damit die Sekundärluftmenge beeinflußt werden, die in die Brennstoffprodukte während deren Pyrolyse eingemischt wird.

Die Strömungsleiteinrichtung 26 überragt das Primärluftrohr 6 und dieses wiederum das Tertiärluftrohr 13 in axialer Richtung. Der das Primärluftrohr 6 überragende Teil der Strömungsleiteinrichtung 26 macht 25% des Außendurchmessers des Primärluftrohres 6 aus. Die Austrittsquerschnitte des Tertiärluftrohres 13, des Sekundärluftrohres 12 und der Strömungsleiteinrichtung 26 befinden sich in einem festen Verhältnis zueinander, das von der verfahrenstechnischen Auslegung des Brenners beeinflußt wird. Im günstigsten Fall liegen die Außenkanten des Tertiärluftrohres 13, des Sekundärluftrohres 12 und der Strömungsleiteinrichtung 26 auf einer Kreiskegelfläche, deren Spitze 31 in Strömungsrichtung weist. Der Zentriwinkel der Kreiskegelfläche beträgt 40° bis 60°.

Claims (13)

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 (12) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärluftrohr (6) an dem austrittsseitigen Ende innerhalb des Sekundärluftrohres (12) unter Bildung eines Ringspaltes (25) von einer beidseitig offenen, von Sekundärluft durchströmten Strömungsleiteinrichtung (26) umgeben ist, die das Primärluftrohr (6) in axialer Richtung um einen Betrag überragt, der einem Wert von bis zu 25% des Außendurchmessers des Primärluftrohres (6) entspricht, und daß die Breite des Ringspaltes (25) mindestens gleich 1,5% des Außendurchmessers des Primärluftrohres (6) ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtung (26) auf dem Primärluftrohr (6) über Abstützsegmente (29) abgestützt ist, die in Strömungsrichtung der Sekundärluft in einem Winkel von maximal 80° angeordnet sind.

3. Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtung (26) mit einem Abströmsegment (28) versehen ist, das mit der Brennerlängsachse (1) einen Abströmwinkel von maximal 25° bildet.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtung (26) mit einem Anströmsegment (27) versehen ist, das mit der Brennerlängsachse (1) einen Anströmwinkel von maximal 45° bildet.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Primärluftrohr (6) ein Drosselring (30) angeordnet ist, der axial bis in den Einlaufquerschnitt der Strömungsleiteinrichtung (26) verschiebbar ist.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sekundärluftrohr (12) stromaufwärts von der Strömungsleiteinrichtung (26) ein Drallklappengeschränk angeordnet ist.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drallklappengeschränk verstellbar ist.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Primärluftrohres (6) ein eine Ölzündbrennerlanze (2) aufnehmendes Kernluftrohr (3) angeordnet ist und daß innerhalb des Primärluftrohres (6) ein fester oder verstellbarer Dralleinsatz (9) angeordnet ist, der mit einem auf dem Kernluftrohr (3) befestigten Verdrängungskörper (10) verbunden ist.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem austrittsseitigen Ende des Primärluftrohres (6) eine Vorrichtung zum Aufreißen der Staubkonzentration im Randbereich des Primärluftrohres (6) angeordnet ist.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärluftrohr (12) von einem Tertiärluft führenden Tertiärluftrohr (13) umgeben ist und daß das Sekundärluftrohr (12) das Tertiärluftrohr (13) in axialer Richtung überragt.

11. Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tertiärluftrohr (13) ein fester oder verstellbarer Drallkörper angeordnet ist.

12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtung (26) das Sekundärluftrohr (12) in axialer Richtung überragt.

13. Brenner nach den Ansprüchen 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkanten des Tertiärluftrohres (13) des Sekundärluftrohres (12) und der Strömungsleiteinrichtung (26) auf einer Kreiskegelfläche liegen, deren Spitze (31) in Strömungsrichtung weist und deren Zentriwinkel 40° bis 60° beträgt.