-
Verfahren zum Verbrennen von gepulvertem Brennstoff und Brenner zur
Ausführung des Verfahrens Bei Verwendung von gepulvertem Brennstoff in Kohlenstaubfeuerungen
ist es besonders wichtig, rasche Verbrennung zu erzielen; 'aber gleichzeitig hat
sich herausgestellt, daß die rasche Vorwärtsbewegung der brennenden Brennstoffvolke
eine sehr bedenkliche Abnutzung aller der im Wege stehenden feuerfesten Flächen
der Verbrennungskammer zur Folge hat. Infolgedessen sind die Verbrennungskammern
im Verhältnis zu denen, in denen stückiger Brennstoff verbrannt wird, sehr groß
ausgeführt worden, damit die Flammenwolke die Flächen nicht streifen soll. Deshalb
ist eine Verkürzung der Verbrennungszone sehr erwünscht; und dies kann nur erreicht
werden, wenn die Geschwindigkeit der' vorwärts gehenden brennenden Brennstoffwolke
so niedrig wie möglich ist.
-
Infolge des Bestrebens der Flamme, in das Innere des Brenners und
der Zuleitungsrohre zurückzuschlagen, hat es sich bei vorhandenen Verfahren als
unzweckmäßig erwiesen, die Eintrittsgeschwindigkeit des Brennstoffluftgemisches
unter einen Wert zu vermindern, der jeden Teil des Strahles aus der Düse mit geringerer
Geschwindigkeit gehen läßt, als das Maß der Flammenausbreitung des Gemisches beträgt.
-
Ein Zweck- der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Einführung
des Brennstoffs und der Luft in die Verbrennungskammer in einer solchen Weise zu
bewirken, daß die Geschwindigkeit des vorwärts gehenden sich ergebenden Gemisches
sicher geringer als das Maß der Flammenausbreitung des Gemisches sein darf. Unter
dem Maß der Flammenausbreitung wird die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme
verstanden.
-
Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß vor der Zuführung
in die Verbrennungskammer eine Teilung des Brennstoffs und der ihn tragenden Luft
in wenigstens zwei Ströme von verschiedener Dichte erfolgt, von denen der eine Strom
aus einem schwachen Gemisch mit im wesentlichen für die vollständige Verbrennung
des darin enthaltenen Brennstoffs mehr als genügender Luft besteht, während der
andere Strom aus einem reichen Gemisch mit für die Verbrennung des darin enthaltenen
Brennstoffes nicht ausreichender Luft besteht. Durch die angegebene Teilung des
Brennstoffluftgemisches soll die bekannte Tatsache, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit
sowohl bei Luftüberschuß wie bei Luftmangel geringer ist als bei Vorhandensein der
zur Verbrennung theoretisch erforderlichen Luftmenge, ztfr Vermeidung des Rückschlagens
der Flamme in der zum Brenner führenden Gemischzuleitung ausgenutzt@werden. Das
Mischen der beiden Ströme innerhalb der Verbrennungskammer wird vorzugsweise dadurch
erreicht, daß die Ströme gerade vor ihren entsprechenden Auslässen zusammenlaufen.
-
Mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird eine schwebende
Wolke von Brennstoff und Luft gebildet, die in sich selbst eine Wirbelbewegung,
aber als Ganzes
eine Vorwärtsbewegung hat, deren-Geschwindigkeit
geringer als das Maß der Flammenausbreitung des Gemisches ist.
-
In- einem dieser Ströme kann der Betrag der Luft gleich oder mehr
als ein und ein Viertel der zur vollständigen Verbrennung des darin enthaltenen
Brennstoffes erforderlichen Luftmenge sein.' Dagegen kann in dem anderen Strom der
Luftbetrag gleich oder weniger als ein Drittel der zur vollständigen Verbrennung
des darin enthaltenen Brennstoffes erforderlichen Luft sein, In den Zeichnungen
sind drei Beispiele von gemäß der Erfindung ausgeführten Brennern dargestellt.
-
Fig. z ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Brenner, bei dem
die Teilung des Brennstoffes und-der ihn tragenden Luft dadurch erzielt wird, daß
sie in den Brenner durch einen tangential angeordneten Einlaß eingeführt werden.
-Fig. 2 ist ein senkrechter Querschnitt durch den Brenner nach der Linie A-A in
Fig. i. .Fig.3 ist ein senkrechter Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
eines Brenners, bei dem der Hauptstrom aus dem Brennstoff und der ihn tragenden
Luft vor Erreichung des Brenners in zwei Ströme geteilt wird, derart, daß er durch
einen Kanal in Form eines halbkreisförmigen. Krümmers geführt wird.
-
Fig. q. ist eine ähnliche Darstellung durch das dritteAusführungsbeispiel-
eines Brenners. Der in Fig. i und a dargestellte Brenner -ist im Querschnitt kreisförmig
und enthält eine ringförmige Kammer a, die im folgenden als Scheidekammer bezeichnet
ist. Diese Scheidekammer a hat einen Einlaß b für den Hauptstrom aus Brennstoff
und ihn tragendei Luft. Der Einlaß b ist tangential zu der inneren Umfangswand c
der Kammer a angeordnet. Letztere hat ferner einen Auslaß d für den reichen Gemischstrom
und einen Auslaß e für den schwachen Gemischstrom. Der Auslaß e veranlaßt den schwachen
Gemischstrom, rück- und aufwärts in eine ringförmige Kammer f zu strömen, welche
die Scheidekammer d umgibt. Aus der ringförmigen Kammer f strömt dann der,schwacheGemischstronr
durch einen ringförmigen einwärts konvergierenden Auslaß g.
-
# DerAuslaß d für den reichenGemischstrom ist für einen noch auseinanderzusetzenden
Zweck in seinem uerschnitt etwas verringert und wird an seiner Innenseite durch
den erweiterten .Kopfhl eines zentralen rohrförmigen Teils lt gebildet. Dieser zentrale
rohrförmige Teil .h wird-in einem Lager i gleitbar gehalten und kann in der Längsrichtung
beispielsweise. durch einen Stift j auf dem rohrförmigen Teil h und einen damit
zusammenwirkenden schrägen Schlitz j1, der in einer rückwärts vorspringenden Hülse
k1 sitzt, verstellt werden. Durch die Längseinstellung des rohrförmigen Teils h
und folglich seines erweiterten Kopfes hl zu dem Brenner wird eine Regelung des
Verhältnisses von Luft zu Kohle in dem reichen Gemischstrom erzielt. Daneben hat
die Einstellung des Kopfes hl auch die Wirkung, daß das Verhältnis von Luft zu Kohle
in dem schwachen Gemischstrom geändert wird, dessen Fluß durch den Auslaß e durch
die Ouerschnittsverminderung des Auslasses d mittels des darin sitzenden erweiterten
Kopfes hl erreicht wird. Der zentrale rohrförmige Teil h kann entweder zur Einführung
von Zweitluft in die Verbrennungskammer oder zum Einsetzen einer Ölbrennerdüse oder
als Durchgang für die Einführung von Bxennstoff oder von Gas benutzt werden. Einlaßkanäle,
die einen geregelten Zufluß von zusätzlicher Zweitluft gestatten, sind mit k bezeichnet.
-
Dadurch, daß der Hauptstrom von gepulvertem Brennstoff und ihn tragender
Luft in den Brenner mittels eines tangential angeordneten Einlasses b eingeführt
wird, werden die schwereren Brennstoffteilchen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft
veranlaßt, sich schnell rings um den inneren Umfang der Scheidekammer a zu bewegen
und durch den Auslaß d mit genügender Luft zu entweichen, um -einen reichen Gemischstrom
zu bilden. Die leichteren Brennstoffteilchen dagegen werden veranlaßt, innerhalb
der zentralen Zone der. Kammer a umzulaufen und durch den anderen Aüslaß e- mit
der verbleibenden Luft herauszugehen, um einen schwachen Gemischstrom zu bilden.
Infolge der Bildung der Endauslässe des Brenners werden die beiden Ströme veranlaßt,
in einem Punkt zusammenzulaufen und sich in der -,Verbrennungskammer unmittelbar
vor dem Brenner zu vermischen.
-
Infolge des tangentialen Eintritts des Hauptstroms von Brennstoff
und Luft in die Scheidekammer erhalten die beiden geteilten Ströme aus schwachen
und reichen Gemischeri eine stark wirbelnde Bewegung. Daraus ergibt - sich schließlich
die Entstehung einer schwebenden Wolke von -Brennstoff und Luft, die in sich selbst
eine Wirbelbewegung hat, aber sich als Ganzes vorwärts bewegt. Die Geschwindigkeit
dieser Vorwärtsbewegung kann geringer sein als das Maß der Flammenausbreitung des
Gemisches. Diese Wirbelbewegung kann erforderlichenfalls durch die Anbringung von
passend geneigten Schaufeln in den Brennerauslässen für ' die schwachen und reichen
Gemischströme aus Brennstoff und Luft verstärkt werden. - -Bei dem in Fig.
3 _ dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel eines Brenners
wird der Hauptstrom aus Brennstoff und ihn tragender Luft veranlaßt, in den Brenner
durch ein als Rohrkrümmer ausgebildetes Zuleitungsrohr l einzutreten. Das untere
oder innere Ende dieses Rohres ist seitlich beispielsweise durch eine Scharnierklappe
nz geteilt und bildet zwei Öffnungen n und o. Die untere Öffnung n bildet dieFortsetzung
der äußerenKrümmung des Rohrkrümmers L und kann die schwereren Brennstoffteilchen
und .genügend Luft fortführen, um den reichen Gemischstrom zu bilden. Die obere
Öffnung ö dient dazu, die leichteren Brennstoffteilchen und die verbleibende Luft
fortzuführen, um den schwachen Gemischstrom zu bilden.
-
Die obere Öffnung o führt in eine ringförmigeKamrner p, die einen
zentralenDurchgang q umschließt, durch den der reiche Gemischstrom geht. Das schwache
Gemisch entweicht aus der ringförmigen Kammer p durch einen ringförmigen Kanal Y.
Die äußere Umfangswand s des ringförmigen Kanals r ist schräg nach dem Auslaß des
mittleren Durchganges q gerichtet, wodurch erreicht wird, daß die beiden Ströme
sich vor dem Brenner mischen.
-
Die verlangte Wirbelbewegung wird jedem Strom mittels geneigter Rippen
t und u in dem Durchgang q bzw. y erteilt. Diese Rippen sind bei dem dargestellten
Beispiel so angeordnet, daß sie die Ströme in zu einander entgegengesetzten Richtungen
durchwirbeln.
-
Ähnliche Rippen oder Vorsprünge können rings an dem äußeren Innenumfang
der Scheidekammer angeordnet sein, um eine wirksame Mischung von Brennstoff und
Luft zu erzielen. Die äußeren Enden dieser Rippen können gebogen sein, um die Umlaufbewegung
des Brennstoff- und Luftstroms in der Kammer a zu hemmen. Solche Rippen können in
der Form einer auswechselbaren Büchse eingesetzt sein.
-
Die Öffnungen v dienen zum Zuleiten von Zweitluft in die Verbrennungskammer.
-
Die Brenner gemäß der Erfindung können erforderlichenfalls eine Spatelform
statt einer Kreisform haben. Die beiden Ströme werden dann durch flache verlängerte
Kanäle anstatt durch die ringförmigen, in der Zeichnung dargestellten Durchgänge
zugeführt. In Fällen, wo eine äußerst kurze Flamme. nicht verlangt wird, kann einer
der Ströme aus einem solchen Gemisch bestehen, daß das Maß derFlammenausbreitung-gering
ist. Darum kann die Geschwindigkeit dieses Stromes niedrig sein, während der zweite
Strom aus dem üblichen Gemisch mit der halben oder ganzen Luftmenge, die zur vollkommenen
Verbrennung verlangt wird,. bestehen kann. Hierbei kann der Stroin mit einer verhältnismäßig
hohen Geschwindigkeit "entweder in einen mit dem ersten Strom konvergierenden Strom
einmünden oder eine Wirbelbewegung erhalten, damit die Geschwindigkeit seiner Vorwärtsbeivegung
gehemmt wird und Wirbelung infolge seiner Berührung mit dem anderen Strom hervorgerufen
wird.
-
Bei der Anwendung des Brenners gemäß der Erfindung bei Verbrennungskammern
ohne feuerfeste Flächen, wie beispielsweise bei Feuerungen von Lancashire, Schiffskesseln
und wassergekühlten Verbrennungskammern von Wasserrohrkesseln, treten beträchtliche
Schwierigkeiten dabei auf, wenn der Brenner in kaltem Zustande entzündet werden
soll und wenn man rasche Verbrennung beim Fehlen von Wärme liefernder und beim Vorhandensein
von Wärme absorbierender Wandungen bewirken will.
-
Diese Schwierigkeit kann dadurch überwunden werden, daß dieVerbrennung
in einer kleinen, mit feuerfestem Materiä°l ausgekleideten Kammer eingeleitet wird,
die mit dem Brennerauslaß verbunden ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß der
entzündete Brennstoff diese Entzündungskammer verläßt, bevor eine wesentliche Verbrennung
stattfindet, und unmittelbar in die eigentliche Verbrennungskammer gleichzeitig
mit einer zur Vervollständigung der Verbrennung hinreichenden Menge Zweitluft eintritt.
-
Eine geeignete Anordnung ist in Fig.4 dargestellt, in der die Entzündungskammer
mit w bezeichnet ist. Diese Kammer wird durch einen Mantel wi gebildet, der die
feuerfeste Auskleidung w2 umgibt. Die Zweitluft wird dadurch vorgewärmt, daß sie
in den Mantel durch einen Einlaß w3 gelangt. Die vorgewärmte Luft verläßt den Mantel
durch einen ringförmigen Auslaß w4, der den entzündeten Brennstoffauslaß der Entzündungskammer
umschließt. Die Entzündungskammer ist mit einem spitz zugehenden Vorsprung w5 aus
Carborundum oder anderem geeigneten leitenden Material ausgestattet und trägt an
ihrer Außenseite mehrere gerade oder schraubengangförmige Rippen Ws. Durch letztere
wird die vorerwärmte Luft gezwungen, mit dem entzündeten Brennstoff an einer Stelle
über den Auslaß der Entzündungskammer hinaus zusammenzulaufen und sich zu vermischen.
-
Ein Durchlaß x, der mit einem mit Wasserverschluß versehenen Ansatz
in Verbindung steht, ist erforderlichenfalls in dem Böden der Entzündungskammer
vorgesehen, um die sich ablagernden unverbrennbaren Rückstände des Brennstoffes
zu entfernen.
-
Mit der beschriebenen Einrichtung wird eine sehr rasche Entzündung
erzielt, was u. a.
auf die geringe Masse der feuerfesten Auskleidung
der Entzündungskammer und auf die niedrige Geschwindigkeit der sich darin vorwärts
bewegenden Brennstoffmasse zurückzuführen ist. Obwohl die feuerfeste Auskleidung
rasch ;.uf eine geeignete Entzündungstemperatur erwärmt wird, können gefährlich
hohe Temperaturen nicht erreicht werden, da die vollständige Verbrennung des Brennstoffes
in der Entzündungskammer durch Herabsetzung der Erstluftmenge verhindert werden
kann. -Um den Brenner in Betrieb. zu setzen, wird in der Entzündungskammer ein kleines
Feuer angezündet, oder es wird als Ergänzung ein kleiner Ölbrenner benutzt, um die
Wände der Kammer zu erwärmen.