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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für
festen Brennstoff, insbesondere einen Brenner für fein
verteilte Kohle.
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Dieser Brennertyp kann immer dann eingesetzt werden,
wenn eine besonders intensive Verbrennung und eine sehr
kurze Flamme erforderlich sind, insbesondere im Falle von
niedrigen Sauerstoff/Kohlestoff-Verhältnissen und vor
allem bei der Einblasung von Kohlenstaub in einem
Hochofen. Um die Verbrennung dieser Kohle herbeizuführen,
umfaßt der Brenner Mittel für die Einblasung eines
oxidierenden Gases, wie etwa Luft, Sauerstoff, ein
Luft-Sauerstoff-Gemisch oder ein Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch.
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Es sind bereits zahlreiche Brenner bekannt, die auf dem
Prinzip der "Nachmischung" beruhen, das heißt die so
konstruiert sind, daß der Brennstoff und das
Oxidationsmittel getrennt aus dem Brenner austreten und außerhalb
des Brenners in einem bestimmten Abstand von dessen
Austrittsende aufeinander treffen. Mit einer solchen
Anordnung kann jedes Risiko eines Flammenrückschlags
ausgeschlossen werden. Diese Brenner sind jedoch im allgemeinen
für den Betrieb mit einem oder mehreren flüssigen oder
gasförmigen Brennstoffen ausgelegt, die leicht zerstäubt
und/oder mit der Verbrennungsluft vermischt werden können.
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So ist insbesondere aus der Patentanmeldung DE-A-3 334
156 ein Kohlenstaubbrenner des sogenannten "Nachmisch"-
Typs bekannt, bei dem Wasserdampf um die Strahlen aus
Kohlenstaub und oxidierendem Gas herum eingeblasen werden.
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Die vorliegende Erfindung schlägt einen Benner des
sogenannten "Nachmisch"-Typs vor, der für den Betrieb mit
einem festen Brennstoff, wie etwa fein verteilter Kohle,
bestimmt ist, bei dem kein Verstopfungsrisiko besteht und
der eine sehr intensive Verbrennung des festen Brennstoffs
sicherstellt.
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Erfindungsgemäß ist ein Brenner für festen Brennstoff
in der Ausführung mit einem, vorzugsweise zylindrischen,
Brennergehäuse, das durch eine Endplatte abgeschlossen
wird, sowie mit Mitteln, die dazu dienen, einerseits
einen festen Brennstoff und andererseits ein oxidierendes
Gas zuzuführen, und die in die besagte Endplatte
einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die
Zuführung des festen Brennstoffs aus einer zentralen
Leitung bestehen, die entlang der Längsachse des besagten
Brennergehäuses angeordnet ist, daß die Mittel für die
Zuführung des oxidierenden Gases aus einer Mehrzahl von
peripheren Leitungen bestehen, die um die besagte zentrale
Leitung herum angeordnet sind, und daß das Innenvolumen
des besagten Brennergehäuses, das die besagte zentrale
Leitung und die besagten peripheren Leitungen umgibt,
einen Kühlkreislauf für den Brenner bildet.
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Die peripheren Leitungen verlaufen erfindungsgemäß
parallel zur zentralen Leitung und sind vorzugsweise
gleichmäßig um die zentrale Leitung herum verteilt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Brenner können die zentrale
Leitung und/oder die peripheren Leitungen aus Rohren mit
konstantem Querschnitt bestehen. In diesem Falle zerteilt
sich der Strahl aus fein verteiltem Brennstoff, der im
allgemeinen durch ein unter Druck stehendes Trägergas
transportiert wird, am Ausgang der zentralen Leitung und
vermischt sich mit dem oxidierenden Gas, das aus den
peripheren Leitungen austritt.
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Es wurde jedoch als günstiger erachtet, der besagten
zentralen Leitung an ihrem Austrittsende ein
divergierendes Längsprofil zu verleihen. Ein solches Profil
begünstigt die Zerteilung des Strahls aus festem Brennstoff und
dessen Verteilung im oxidierenden Gas.
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Analog dazu erwies es sich als sinnvoll, den Endteil
der peripheren Leitungen mit einem Längsprofil und/oder
einer geeigneten Ausrichtung zu versehen, um die
Vermischung des oxidierenden Gases mit dem aus der zentralen
Leitung austretenden festen Brennstoff zu begünstigen.
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Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist
der Endteil wenigstens einer der peripheren Leitungen
innen mit einem Längsprofil in Form einer Lavaldüse
versehen, das heißt mit einem konvergierenden Abschnitt,
einem Hals und einem divergierenden Abschnitt, die in der
Strömungsrichtung des oxidierenden Gases aufeinander
folgen.
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Die Abmessungen der Lavaldüse, das heißt der
Durchmesser und die axiale Länge des Halses sowie die
Öffnungswinkel und die axiale Länge der konvergierenden und
divergierenden Abschnitte werden auf an sich bekannte Weise in
Abhängigkeit vom Durchsatz und von den gewünschten
dynamischen Eigenschaften des zu erzeugenden Strahls aus
oxidierendem Gas bestimmt.
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Im übrigen kann die Flamme bekanntlich in einem Punkt
entstehen, der mehr oder weniger weit von der
Austrittsseite des Brenners entfernt ist, vor allem in Abhängigkeit
von der Austrittsgeschwindigkeit des oxidierenden Gases
und des festen Brennstoffes. Durch diese Geschwindigkeiten
wird auch die Länge der Flamme beeinflußt.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung endet
wenigstens eine der peripheren Leitungen an ihrer
Einmündung in der Endplatte in einem Kanal, der im Verhältnis
zur Längsachse der besagten Leitung geneigt ist.
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Diese Neigung kann so gestaltet sein, daß die Achsen
dieser Endteile die Längsachse des Brenners außerhalb des
Brenners und vorderseitig im Verhältnis zur Endplatte
schneiden. Die Achsen der Endteile aller peripheren
Leitungen können die gleiche Neigung haben. Sie schneiden
sich dann alle in ein und demselben Punkt, so daß sie eine
konvergierende Fläche bilden. Entsprechend diesem
Neigungswinkel fällt die erzeugte Flamme länger und enger
umgrenzt aus.
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Wenn hingegen die besagten Ächsen die gleiche Neigung
aufweisen und sich in ein und demselben Punkt schneiden,
der sich im Innern des Brenners befindet, dann bilden sie
eine divergierende Fläche, so daß sich entsprechend dem
gewählten Neigungswinkel eine eher kurze und sich
ausweitende Flamme ergibt.
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In beiden Fällen können erfindungsgemäß die Achsen der
besagten Endteile eine beliebige Neigung aufweisen, wobei
sie die Längsachse des Brennergehäuses auch nicht
schneiden können. So ist es insbesondere möglich, die Flamme in
eine Rotationsbewegung zu versetezn, die ihr
gegebenenfalls ein gesteigertes Durchdringungsvermögen verleihen
kann.
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Die Erfindung wird als reines Ausführungsbeispiel
anhand der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, auf
denen folgendes dargestellt ist:
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Figur 1 zeigt in einer Längsteilschnittansicht eine
erfindungsgemäße Brenneranordnung.
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Figur 2 zeigt in einer Längsschnittansicht eine andere
erfindungsgemäße Brenneranordnung.
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Figur 3 veranschaulicht in einer Längsschnittansicht
einen Innenprofiltyp für den Endteil einer peripheren
Leitung zu einem Brenner eines Typs entsprechend den
Figuren 1 und 2.
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Diese Figuren bilden nur schematische Darstellungen des
Gegenstands der Erfindung. So wurde insbesondere auf eine
Wiedergabe der Elemente verzichtet, die nicht für ein
korrektes Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
Außerdem werden identische oder gleichartige Elemente in
allen Figuren jeweils durch die gleichen Bezugsnummer
bezeichnet.
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In Figur 1 wird in Teilschnittansicht eine
Brenneranordnung dargestellt, die ein zylindrisches Brennergehäuse
1 umfaßt, an dessen Ende, beispielsweise durch Schweißen,
eine Endplatte oder Austrittsplatte 2 befestigt ist. Im
Innern des Brennergehäuses 1 befinden sich eine zentrale
Leitung 3 und periphere Leitungen 4, welche die zentrale
Leitung 3 umgeben. Die zentrale Leitung 3 ist entlang der
Längsachse des Brennergehäuses 1 angeordnet, Die
peripheren
Leitungen 4 sind um die zentrale Leitung 3 herum
und parallel zu dieser angeordnet. Sie können
beispielsweise in einer Anzahl von 6 und in einem Winkelabstand von
60º vorgesehen sein. Die Leitungen 3 und 4 sind
zylindrisch ausgeführt und münden parallel zueinander in die
Austrittsplatte 2. Die eigentliche Einmündung der
zentralen Leitung 3 ist im Verhältnis zur Einmündung der
peripheren Leitungen 4 leicht zurückversetzt. Sie ist in einem
Kanal 5 lokalisiert, der in der Austrittsplatte 2
ausgebildet ist und der innen ein divergierendes Längsprofil
aufweist.
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Das Innenvolumen 6 des Brennergehäuses 1 wird von einem
Kühlmittel durchströmt.
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Die zentrale Leitung 3 und die peripheren Leitungen 4
sind auf der Rückseite des Brenners an eine Zuleitung für
festen Brennstoff bzw. an eine Zuleitung für oxidierendes
Gas angeschlossen, die nicht dargestellt, sondern nur
symbolisch durch die Pfeile C und O&sub2; angedeutet werden.
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Das divergierende Profil des Austrittskanals 5 bewirkt
die Zerteilung und Ausbreitung des aus der zentralen
Leitung 3 austretenden Strahls aus festem Brennstoff.
Dieser fein verteilte feste Brennstoff vermischt sich
dabei mit dem oxidierenden Gas, das aus den peripheren
Leitungen 4 austritt, so daß die Verbrennung in einer
bestimmten Entfernung vor dem Brenner ausgelöst wird.
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Figur 2 veranschaulicht eine Anordnung, mit der sich
eine weitere Verbesserung der Vermischung von festem
Brennstoff und oxidierendem Gas herbeiführen läßt.
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Auch in diesem Falle endet die zentrale Leitung 3 in
einem Austrittskanal 5, der innen ein divergierendes
Längsprofil aufweist.
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Darüber hinaus weisen die peripheren Leitungen 4 - oder
wenigstens ein Teil von ihnen - einen Endteil 7 auf, der
innen das Profil einer Lavaldüse besitzt.
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Die aus den Düsen 7 austretenden Strahlen aus
oxidierendem Gas werden ausgebreitet und vermischen sich noch
intensiver mit dem festen Brennstoff, wodurch eine
bessere Verbrennung dieses Brennstoffs herbeigeführt wird.
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Anstelle einer Lavaldüse kann eine periphere Leitung 4
auch mit einem Ansatz versehen sein, daß den Strahl aus
oxidierendem Gas in eine beliebige gewünschte Richtung
lenkt. Figur 3 zeigt einen Ansatztyp 8, der bei einem
erfindungsgemäßen Brenner entsprechend der Darstellung in
Figur 2 verwendet werden kann. Der Ansatz 8 weist eine
Gewindefläche 9 auf, mit der er in eine entsprechende
Gewindebohrung 10 eingeschraubt werden kann, die am Ende
einer peripheren Leitung 4 vorgesehen ist (Figur 2).
Dieser Ansatz 8 ist mit einem axialen Durchgang 11
versehen, der in die Verlängerung der peripheren Leitung 4
eingreift und der ausgangsseitig in einem schrägen Kanal
12 endet. Dieser Kanal 12 kann in einer radialen Ebene der
peripheren Leitung 4 ausgerichtet sein, so daß er zusammen
mit den Kanälen 12 der anderen peripheren Leitungen 4 eine
entweder konvergierende oder divergierende konische Fläche
bildet. Die Kanäle 12 können außerdem so ausgerichtet
sein, daß ihre Achsen die Längsachse des Brennergehäuses 1
nicht schneiden. Sie können insbesondere eine windschiefe
Fläche bilden, etwa ein Umdrehungshyperboloid, um die
Mischung und die daraus resultierende Flamme eine
Rotationsbewegung um ihre Längsachse beschreiben zu lassen.
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An der Erfindung können unterschiedliche Änderungen
vorgenommen werden, vor allem beim Aufbau der Endteile der
peripheren Leitungen.