DE4407198A1 - Braunkohlenbrenner - Google Patents
BraunkohlenbrennerInfo
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
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Description
Kohlenstaubbrenner für Braunkohle sind üblicherweise als
Strahlbrenner mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, in
dessen Mittelebene Luftdüsen eingesetzt sind. Unterhalb und
oberhalb dieser Brenner sowie zwischen diesen sind weitere
Luftdüsen zur Zuführung von Unterluft, Oberluft und Mittelluft
vorgesehen. Aus diesem Brenner kann der Kohlenstaub unter
ungünstigen Verhältnissen mit einer ungleichmäßigen
Staubverteilung austreten, wobei, bedingt, durch das Fehlen von
Zündhilfen, das Anzünden des Brennstoffes verspätet im Feuerraum
erfolgt und zwar unter Bedingungen, die im Verlauf der Pyrolyse
durch Zumischen der Ober-, Unter- und Mittelluft partiell zu
einem erhöhten Luftüberschuß führen und somit die NOx-Bildung
begünstigen.
Braunkohle beinhaltet von Natur aus einen hohen Wasseranteil,
der während der Zerkleinerung in der Mühle mit Hilfe von
angesaugten heißen Rauchgasen zu einem großen Teil verdampft
wird. Infolgedessen führt der Kohlenstaub-Trägergas-Strom einen
hohen Anteil an Wasserdampf mit sich, der die Zündeigenschaften
des Brennstoffes am Brenneraustritt negativ beeinflußt. Zur
Anreicherung des Kohlenstaubes in dem Kohlenstaub-Trägergas-
Strom ist bekannt (DE-OS 29 33 528), einen Drallkörper in der
Staubleitung vorzusehen, die die Mühle mit dem Brenner
verbindet. Der hierdurch erzwungene Drall teilt den Kohlenstaub-
Trägergas-Strom in einen brennstoffreichen Teilstrom und in
einen brennstoffarmen Brüdenstrom auf. Der Brüdenstrom wird
entweder nach Durchströmen eines Filters ins Freie abgeleitet
oder er wird getrennten Brüdenbrennern zugeführt. Diese
Brüdenbrenner sind außerhalb oder als gesonderte Führungsrohre
innerhalb der Hauptbrenner angeordnet (DE-OS 29 33 528;
Brennst.-Wärme-Kraft 24 (1972) Nr. 3, Seiten 90-93).
Für die Verbrennung von Steinkohle, die im Rohzustand einen
geringeren Wassergehalt als Braunkohle aufweist und die
dementsprechend nach der Mahltrocknung auch einen geringeren
Wasserdampfanteil im Kohlenstaub-Trägergas-Strom mit sich führt,
werden in der Regel Rundbrenner verwendet. Bei bekannten
Brennern dieser Art (EP-OS 445 938) ist in dem Staubkanal des
Brenners eine Einrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der Staub
auf den äußeren Umfang des Stromes konzentriert wird. Am Ende
des Staubkanals ist ein Ring angeordnet, der in den freien
Querschnitt des Staubkanals hineinragt und Vorsprünge aufweist,
zwischen denen Lücken vorhanden sind. Die Aufgabe dieses Ringes
ist es, eine Verwirbelung des Gemischstromes in der Mündung des
Brenners zu erzeugen, um dadurch die Zündfähigkeit der
staubförmigen Steinkohle zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die
Verbrennung von staubförmiger Braunkohle geeigneten Brenner der
gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß eindeutige
Zündbedingungen geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäße Brenner
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ist Gegenstand der Unteransprüche.
Hierbei wird innerhalb des Brenners selbst eine Brüdentrennung
vorgenommen, wodurch der schlecht zündende und schlecht
brennende Brüden, zentral von einem brennstoffreichen
Mantelstrom umgeben, in den Feuerraum eingeführt wird. Ausgelöst
durch die von dem Drallerzeuger im Brennerrohr erzwungene
Rotationsströmung befinden sich die Braunkohlepartikel in diesem
Mantelstrom nahezu vollständig an der Innenwandung des
Brennerrohres. In der Brennermündung prallen diese Partikel auf
einen Stabilisierungsring, der aus unterschiedlich ausgebildeten
Segmenten besteht, die in den Mantelstrom hineinragen. Durch das
Aufprallen auf die Segmente verlieren die Braunkohlepartikel
ihre Fließgeschwindigkeit, werden reflektiert und von der
vorhandenen Gasströmung in Richtung auf die Mitte des
Brennerrohres zum Brenneraustritt hin erneut beschleunigt. Der
in diesem Bereich angeordnete, von einem Teil der Segmente des
Stabilisierungsringes geführte, als Brüdentrennrohr wirkende
Rohrabschnitt verhindert, daß die reflektierten
Braunkohlepartikel wieder mit dem Brüden vermischt werden.
Durch das Abbremsen der Braunkohlepartikel wird kurzfristig, bei
ausreichend vorhandener Zündenergie (wenn z. B. ein Öl-, Gas-
oder Kohlefeuer im Feuerraum vorhanden ist) die
Rückzündgeschwindigkeit für die ausgasenden Kohlepartikel
partiell größer als deren Fließgeschwindigkeit. Auf diese Weise
zündet der Braunkohlenstaub kontrolliert, in nahezu allen
Betriebssituationen mit konstanten Bedingungen, unmittelbar am
Brenneraustritt. Für das Anzünden der ausgasenden flüchtigen
Kohlebestandteile ist der Eigenanteil an Sauerstoff und der
Sauerstoffgehalt des Trägergases im Mantelstrom in jedem Fall
ausreichend.
Die zur Verbrennung der restlichen Kohle erforderliche
Brennerluft wird als Sekundärluft jedem Brennerrohr zugeordnet
zugeführt. Damit der Zündvorgang am Brenneraustritt nicht durch
Luftschwankungen, hohe Austrittsgeschwindigkeiten oder
Wirbelbildung gestört werden kann, wird die Sekundärluft durch
eine Luftabweiskehle fern gehalten und ausreichend verzögert den
Brennstoffprodukten zugeführt.
Insgesamt wird auf die geschilderte Weise eine unkontrollierte
Zündung und anschließende Verbrennung des Braunkohlenstaubes mit
schwankenden Luftmengenverhältnissen und der damit verbundenen
Neigung zur NOx-Bildung vermieden.
Ein Stabilisierungsring in Verbindung mit einem Drallkörper ist
zwar bei Brennern zur Verbrennung von staubförmiger Steinkohle
bekannt. Jedoch wird Steinkohle, die einen geringeren
Wassergehalt als Braunkohle aufweist, während der Mahltrocknung
in der Mühle mit vorerhitzter Luft getrocknet, so daß, anders
als bei der Mahltrocknung von Braunkohle mit heißen Rauchgasen,
der Wasserdampfgehalt in dem Kohlenstaub-Trägergas-Strom
geringer ist und der Anteil an inerten Gasen fehlt. Die
Bewältigung dieser Stoffströme bereitete bei der Verbrennung von
staubförmiger Braunkohle Schwierigkeiten und wurde bisher nur
durch eine Abtrennung des Brüdens vor dem Brenner ermöglicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Seitenansicht eines Braunkohlenbrenners,
Fig. 2 den Schnitt II - II nach Fig. 1.
In einer Öffnung 1 einer Seitenwand 2 eines Feuerraumes ist ein
Brenner 3 zur Verbrennung von staubförmiger Braunkohle
angeordnet. Der Brenner 3 besteht aus mehreren, im vorliegenden
Fall aus drei übereinander angeordneten Einzelbrennern 3.1, 3.2,
3.3. Die Einzelbrenner 3.1, 3.2, 3.3 liegen in einer feuerfesten
Ausmauerung 4.
Jeder Einzelbrenner 3.1, 3.2, 3.3 weist einen kreisförmigen
Querschnitt auf und besteht aus einem Brennerrohr 5. Das
Brennerrohr 5 ist über einen Krümmer 6 mit einer Staubleitung 7
verbunden, die zu einer nicht gezeigten Mühle geführt ist. In
der Mühle wird Rohbraunkohle gemahlen und während des Mahlens
mit Hilfe von heißem Rauchgas, das aus dem Feuerraum angesaugt
wird, getrocknet. Das Rauchgas dient gleichzeitig als
Trocknungs- und Trägergas.
In dem dem Krümmer 6 zugewandten, eintrittsseitigen Ende des
Brennerrohres 5 ist ein Drallerzeuger 8 mit einem mittig
angeordneten Verdrängungsköper 9 installiert. Der Drallerzeuger
8 ist auf seinem Umfang mit mehreren Schaufeln versehen, die auf
dem Verdrängungskörper 9 befestigt sind. Die Schaufeln des
Drallerzeugers 8 sind gegen die Längsachse des Brennerrohres 5
mit einem Winkel von 15 bis 45° überdeckend angeordnet.
In der Mündung des Brennerrohres 5 ist ein Stabilisierungsring
10 angeordnet, der in das Brennerrohr 5 hineinragt. Der
Stabilisierungsring 10 enthält zwei Gruppen von Segmenten 11,
die mit Abstand voneinander und gleichmäßig über den Umfang
verteilt angeordnet sind. Die Segmente 11.1 der ersten Gruppe
sind stegartig mit einer geringen Wanddicke ausgebildet und in
Längsrichtung des Brennerrohres 5 ausgerichtet. Axial und radial
zwischen den Segmenten 11.1 der ersten Gruppe befinden sich die
Segmente 11.2 der zweiten Gruppe. Diese Segmente 11.2 sind
kürzer und in Umfangsrichtung des Brennerrohres 5 gesehen
breiter als die Segmente 11.1. In dem dargestellten Fall sind
jeweils sechs Segmente 11.1, 11.2 vorgesehen. Die radiale, in
das Brennerrohr 5 hineinragende Länge der Segmente 11.1, 11.2
beträgt etwa 10 bis 20% des inneren Durchmessers des
Brennerrohres 5. Ihre Länge in Umfangsrichtung kann 1 bis 20%
des inneren Durchmessers des Brennerrohres 5 betragen.
Im Bereich der Mündung des Brennerrohres 5 ist in einem radialen
Abstand von der Innenkante des Stabilisierungsringes 10 ein
Rohrabschnitt 12 angeordnet, der über die Segmente 11.1 des
Stabilisierungsringes 10 an der Innenwand des Brennerrohres 5
abgestützt ist. Der Rohrabschnitt 12 ragt um ein Stück in das
Brennerrohr 5 hinein und um ein Stück über die Mündung des
Brennerrohres 5 hinaus.
Das Brennerrohr 6 ist von einem ringförmigen, zum Feuerraum hin
offenen Luftkanal 13 umgeben. Der Luftkanal 13 ist mit einem
vorzugsweise spiralenförmigen Eintrittsgehäuse 14 verbunden.
Über den Luftkanal 13 wird die Verbrennungsluft als Sekundärluft
aufgegeben. In dem Mündungsquerschnitt des Luftkanals 13 ist auf
dem Brennerrohr 5 eine Luftabweiskehle 15 angeordnet. Das Ende
der Luftabweiskehle 15 ragt in die Öffnung 1 der Seitenwand 2
des Feuerraumes hinein und ist auf diesem Teil als ein nach
außen hin weisender Kegel ausgebildet.
Der in der Mühle gemahlene und getrocknete Braunkohlenstaub
gelangt zusammen mit dem Trägergas durch die Staubleitung 7 über
den Krümmer 6 in das Brennerrohr 5. Der Krümmer 6 ist als
Prallkrümmer ausgebildet und auf der Anströmseite mit
Prallplatten versehen. In dem Krümmer 6 findet eine erste
Separation der Kohlepartikel aus dem Kohlenstaub-Trägergas-Strom
statt, die durch den stromabwärts gelegenen Verdrängungskörper 9
und den Drallerzeuger 8 verstärkt wird. Hierdurch wird ein
Mantelstrom erzeugt, der bevorzugt mit Kohlepartikel
angereichert ist. Der brennstoffreiche Mantelstrom umschließt
einen brennstoffarmen Brüdenstrom, der größere Mengen an
Wasserdampf und inerten Gasen enthält. Die in den Mantelstrom
hineinragenden Segmente 11.1, 11.2 des Stabilisierungsringes 10
bewirken eine Verwirbelung des Mantelstromes, wodurch eine
sichere Zündung in der Ebene der Mündung des Brennerrohres 5
sowie eine stabile Flammenzone in dem Feuerraum erzeugt wird.
Der Rohrabschnitt 12 in der Brennermündung verhindert einen
Stoffaustausch zwischen dem teilweise verwirbelten
brennstoffreichen Mantelstrom und dem sauerstoff- und
brennstoffarmen, zentralen Brüdenstrom. Der Rohrabschnitt 12
trägt damit zur weiteren Stabilisierung der Zündung bei. Der
Kegel der Luftabweiskehle 15 hält die aus dem Luftkanal 13
austretende Sekundärluft von der Brennermündung fern und
verhindert so, daß der Zündvorgang durch Luftschwankungen und
hohe Austrittsgeschwindigkeiten oder Wirbelbildung
beeinträchtigt wird.
Claims (4)
1. Brenner zum Verbrennen von staubförmiger Braunkohle, dessen
Mündung in der Wand eines Feuerraumes angeordnet ist, und der
mit einer Mühle über eine Staubleitung (7) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (3) einen
kreisförmigen Querschnitt aufweist, in dessen
eintrittsseitigem Ende ein Verdrängungskörper (9) und ein
Drallerzeuger (8) angeordnet sind, daß in der Mündung des
Brenners (3) ein Stabilisierungsring (10) angeordnet ist, der
nach innen gerichtete, mit seitlichem Abstand voneinander
angeordnete Segmente (11.1, 11.2) aufweist und daß der
Brenner (3) von einem ringförmigen Luftkanal (13) umgeben
ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Segmente (11.1, 11.2) bezogen auf die Längs- und die
Umfangsrichtung des Stabilisierungsringes (10) eine
unterschiedliche Länge aufweisen und daß die unterschiedlich
langen Segmente (11.1, 11.2) jeweils abwechselnd über den
Umfang verteilt sind.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Mündung des Brenners (3) in einem radialen Abstand von
der Innenkante des Stabilisierungsringes (10) ein
Rohrabschnitt (12) angeordnet ist, der über die Segmente
(11.1) des Stabilisierungsringes (10) an der Innenwand des
Brennerrohres (5) abgestützt ist.
4. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Mündung des Luftkanales
(13) eine Luftabweiskehle (15) angeordnet ist, die auf dem
Brennerrohr (5) abgestützt und an ihrem Ende mit einem nach
außen weisenden Kegel versehen ist.
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