HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Brenner zur Kohlestaubverbrennung, wie er im Oberbegriff
von Anspruch 1 definiert ist, und der auf einen
Heizkessel mit Kohlestaubbefeuerung, einen chemischen
industriellen Hochofen etc. für öffentliche
Energie(gewinnungs)anlagen und andere industrielle
Einrichtungen anzuwenden ist.
Beschreibung des Standes der Technik:
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Fig. 11 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung
eines Beispiels eines Kohlestaubbrenners vom Zylindertyp
nach dem Stand der Technik, der der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegt, Fig. 12 eine Vorderansicht
desselben und Fig. 13 eine Schnittansicht längs einer
Linie VIII-VIII von Fig. 11. In diesen Brenner ist eine
Ölspritze (01) zum Stabilisieren der Verbrennung am
Achsmittelabschnitts des Brenners vorgesehen, sowie ein die
Spritze (01) umgebender Öl-Primärluft-Strömungsweg (13),
der vom Außenumfang durch eine Öl-Primärluftleitung (02)
abgetrennt ist, sowie ein Kohlestaub- und
Primärluftgemisch-Strömungsweg (14) an der Außenseite des Öl-
Primärluft-Strömungswegs (13), der vom Außenumfang durch
eine Primärluftleitung (03) getrennt ist, einen
Sekundärluft-Strömungsweg (15), der vom Kohlestaub-Primärluftgemisch-Strömungsweg
(14) weiter nach außen gelegen ist
und vom Außenumfang durch eine Sekundärluftleitung (04)
abgetrennt ist, sowie ein Tertiärluft-Strömungsweg (16),
der von der Sekundärluftleitung (04) weiter nach außen
gelegen ist und vom Außenumfang durch einen äußeren
Zylinder getrennt ist.
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An einem Abschlußendabschnitt des Öl-Primärluft-
Strömungswegs (13) ist ein Durchwirbelungsflügel (05) zum
Aufrechterhalten stabiler Schweröl-Flammen vorgesehen.
Die Öl-Primärluft wird in einem Verhältnis von 5% bis
10% der gesamten Luftmenge als Hilfs- bzw. Zusatzluft
bei der Beteuerung mit Schweröl oder bei der
Stabilisierung der Verbrennung zugeführt.
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Sekundärluft und Tertiärluft für die
Hauptverbrennung werden durch einen Luftgebläsekasten (09) der
Sekundärluftleitung und der Tertiärluftleitung zugeführt.
Der Sekundärluft werden durch einen
Sekundär(luft)-Durchwirbelungsflügel (07) notwendige Durchwirbelungskräfte
verliehen, und sie wird über den
Sekundärluft-Strämungsweg (15) und eine Sekundärluftdüse (18) einem Ofen
zugeführt. Desgleichen werden auch der Tertiärluft die
notwendigen Durchwirbelungskräfte durch einen
Tertiärluft-Durchwirbelungsflügel (08) vermittelt, und diese
wird über den Tertiärluft-Strömungsweg (16) und eine
Tertiärluftdüse (19) dem Ofen zugeführt.
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Andererseits wird gemäß Fig. 13 Kohlestaub als
Hauptbrennstoff dem Brenner zusammen mit der Primärluft
zugeführt, um über eine Kohlestaub-Zuführleitung (11),
die im rechten Winkel mit der Primärluftleitung (03)
verbunden ist, und ferner über den Gemisch-Strömungsweg
(14) und eine Kohlestaubdüse (17) in den Ofen
transportiert zu werden.
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Der von der Kohlestaubdüse (17) ausgestoßene
Kohlestaub wird gezündet und brennt, während er diffundiert
und sich mit der Sekundärluft und der Tertiärluft
durchmischt, und wird ferner durch die von einer
Nachluftöffnung (after-air-port) (nicht dargestellt), die dem
Ofen nachgeschaltet ist, vollständig verbrannt.
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Übrigens ist an einem Abschluß-Endabschnitt der
Sekundärluftdüse (18), welcher dem Außenumfang des
Primärluft- und Kohlstaubgemisch-Strömungswegs (14)
entspricht, eine Flammenstabilisierplatte (06)
vorgesehen.
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In dem Brenner vom axialsymmetrischen Zylindertyp
nach dem Stand der Technik besteht folgender Nachteil:
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Wenn der dem Brenner zugeführte Kohlestaub in
rechtem Winkel zur Achse der Primärluftleitung (03)
strömt, kommt es zu Querströmungen in dem
Kohlestaub/Primärluftgemisch-Strömungsweg (14), und eine
Kohlestaub-Dichteverteilung in der Umfangsrichtung am
Auslaßabschnitt der Kohlestaubdüse (17) wird extrem
ungleichmäßig. Gleichzeitig wird der Abstand zwischen dem
Brenner und dem Zündpunkt des Kohlestaubs in der
Umfangsrichtung uneinheitlich. D.h., in dem Bereich, in
dem die Kohlestaubdichte hoch ist, ist der Zündpunkt
nahe, und wenn sie umgekehrt niedrig ist, entfernt sich
der Zündpunkt. Wenn der Zündpunkt ungleichmäßig wird,
steht zu befürchten, daß der Brenner durch Hitze in dem
Bereich, in dem der Zündpunkt nahe ist, beschädigt wird.
Ferner wird in dem Bereich, in dem der Zündpunkt weiter
entfernt ist, da die Sekundärluft bereits teilweise
diffundiert ist, das Luftverhältnis bzw. die Luftmenge am
Zündpunkt hoch, und es wird eine Oxidationsflamme
erzeugt, womit es zur Entstehung einer erhöhten Menge NOX
kommt.
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Es folgt eine Beschreibung eines Brenners nach dem
Stand der Technik gemäß den Fig. 14 und 15:
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Fig. 14 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung
eines Beispiels eines Brenners vom Kohlefeuerungs-
Zylindertyp nach dem Stand der Technik, und Fig. 15 ist
eine Schnittansicht längs Linie V-V von Fig. 14. In
diesen Figuren bezeichnet jede Bezugsziffer den
betreffenden Bestandteil wie folgt: (201) einen Brenner-
Gebläsekasten, (202) einen Kohlestaub-Primärluftgemisch-
Zylinder, (203) eine Flammenstabilisierungsplatte,
(204) einen Sekundärluftzylinder, (205) einen
Tertiärluftzylinder, (206) ein Ölbrennerspritzen-Führungsrohr,
(207) eine Ölbrennerspritze, (208) einen Kohlestaub-
Fett/Mager-Separator, (209) einen Sekundärluftmengen-
Regelungsdämpfer, (210) einen
Sekundärluft-Durchwirbelungsflügel, (211) einen Tertiärluft-
Durchwirbelungsflügel, (212) ein Kohlestaubgemisch-
Auswurfrohr, (213) eine Brenner-Vorderwand, (214) ein
Kohlestaubgemischfach, (215) ein Sekundärluftfach,
(216) ein Tertiärluftfach, (217) ein Sekundärluftmnengen-
Regelungsdämpfer-Betätigungshebel, (218) einen
Sekundärluftdurchwirbelungsflügel-Betätigungshebel,
(219) einen Tertiärluftdurchwirbelungsflügel-
Betätigungshebel, (210) Abdichtungsluft, (221) ein
Kohlestaubgemisch, (222) Sekundärluft, (223) Tertiärluft,
(224) einen flüssigen Brennstoff und (225) einen
Heizkesselofen.
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Von einer Luftgebläseanlage (nicht dargestellt)
zugeführte Verbrennungsluft wird, während sie strömt,
innerhalb des Brenner-Gebläsekastens (201) in die
Sekundärluft (222) und die Tertiärluft (223) aufgeteilt.
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Die Sekundärluft (222) wird durch den
Sekundärluftmengen-Regelungsdämpfer (209, der durch einen
Betätigungshebel (217) betätigt wird, auf eine
erforderliche Menge eingestellt und dem
Sekundärluftfach (215) innerhalb des
Sekundärluftzylinders (204) über den durch einen
Betätigungshebel (218) betätigten
Sekundärluft-Durchwirbelungsflügel (210) zugeführt und wird dann in den
Heizkesselofen (225) eingeblasen. Die restliche
Verbrennungsluft wird als die Tertiärluft (223) in das
Tertiärluftfach (216) innerhalb des
Tertlärluftzylinders (205) über den
Tertiärluft-Durchwirbelungsflügel (211) zugeführt und dann in den
Heizkesselofen (225) eingeblasen.
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Kohle als Brennstoff wird von einer Kohle-
Pulverisierungsanlage (nicht dargestellt) pulverisiert,
mit der Primärluft durchmischt und als
Kohlestaubgemisch (221) geliefert, um über die Kohlestaubgemisch-
Auswurfleitung (212) in das Kohlestaubgemischfach (214)
innerhalb des Kohlestaubgemischzylinders (202)
eingeblasen zu werden. Am Abschlußende des
Kohlestaubgemischzylinders (202) ist die
Flammenstabilisierungsplatte (203) vorgesehen, und an der Innenseite derselben
ist das durch den Kohlestaubgemischzylinder (202)
hindurchgehende Ölbrennerspritzen-Führungsrohr (206)
vorgesehen. Am Außenumfang des Ölbrennerspritzen-
Führungsrohrs (206) ist der zylindrische Kohlestaub-
Fett/Mager-Separator (208), dessen Vorderseite und
Rückseite reduziert sind, so vorgesehen, daß er nahe dem
Auslaß des Kohlestaubgemischfachs (214) positioniert ist.
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Innerhalb des Ölbrennerspritzen-Führungsrohrs (206)
ist die Ölbrennerspritze (207) für eine Verbrennung des
zerstäubten flüssigen Brennstoffs (224) vorgesehen. Die
Verbrennung des flüssigen Brennstoffs (224) durch die
Ölbrennerspritze (207) geschieht zum Zweck des Anhebens
der Temperatur innerhalb des Heizkesselofens (225), bevor
eine Verbrennung des Kohlestaubs beginnt. Innerhalb des
Ölbrennerspritzen-Führungsrohrs (206) wird von einer
Luftgebläseanlage (nicht dargestellt) kontinuierlich die
Abdichtungsluft (220) zugeführt, so daß das
Ölbrennerspritzen-Führungsrohr (206) nicht durch den Kohlestaub
blockiert wird, nachdem die Kohlestaubverbrennung
begonnen hat.
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Das in das Kohlestaubgemischfach (214) eingeblasene
Kohlestaubgemisch (221) wird beschleunigt, während es den
Außenumfang des Kohlestaub-Fett/Mager-Separators (208)
durchläuft, und expandiert plötzlich am Auslaßabschnitt
des Kohlestaubgemischfachs (214) und wird abgebremst.
Dabei strömt der Kohlestaub in dem
Kohlestaubgemisch (221) meistens aufgrund der auf die
Außenumfangsseite oder auf die Innenwandflächenseite des
Kohlestaubgemischzylinders (202) in Schrägrichtung
(biassedly) einwirkenden Trägheitskraft, und auf der
Mittelabschnittsseite des Auslasses des
Kohlestaubgemischfachs (214) strömen die Primärluft
innerhalb des Kohlestaubgemischs (221) und eine geringe
Menge der damit durchmischten feinen Kohlestaubpax-tikel.
Dementsprechend weist die Düsenströmung des in den
Heizkesselofen (225) eingeblasenen Kohlestaubgemischs
(221) eine dichte Verteilung auf, bei der die
Kohlestaubdichte an der Oberfläche (Außenseite) hoch und
an der Innenseite niedrig ist.
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Die Flammenstabilisierungsplatte (203), die am
Abschlußende des Kohlestaubzylinders (202) vorgesehen
ist, erzeugt Wirbelströmungen der Sekundärluft (222), die
am Außenumfang des Kohlestaubzylinders (202) an der
Rückflächenseite der Flammenstabilisierungsplatte (203)
strömen, wodurch der Kohlestaub an der Oberfläche
(Außenseite) der Düsenströmung des Kohlestaubgemischs (221)
darin aufgenommen wird und zündet, wobei die
Kohlestaubflamme am Zündabschnitt stabilisiert wird.
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Das in den Heizkesselofen (225) von dem
Kohlestaubgemischzylinder (202) eingeblasene
Kohlestaubgemisch (221) wird durch eine Zündquelle (nicht
dargestellt) gezündet, während um den Düsenabschnitt
herum das Kohlestaubgemisch (221) an der Oberflächenseite
der Düsenströmung des Kohlestaubgemischs (221) gezündet
wird, und während sich die Zündung stromab der
Düsenströmung des Kohlestaübgemischs (221) fortpflanzt,
schreitet sie in Richtung auf die Innenseite fort,
wodurch Kohlestaubflammen erzeugt werden. Fig. 16 ist
eine Schemazeichnung zur Darstellung eines Modells einer
Kohlestaubflamme. Je näher der Zündpunkt am
Düsenabschnitt des Kohlestaubgemischs (221) liegt, um so mehr
tendiert die Kohlestaubflamme dazu, sich zu
stabilisieren. Am Zündpunkt der Kohlestaubflamme gemäß
Fig. 16 wird die Oberfläche der Düsenströmung des
Kohlestaubgemischs (221) durch eine Zündquelle erhitzt,
wodurch volatiler Inhalt entsteht und zündet. Wenn die
Kohlestaubdichte an der Oberflächenseite der
Düsenströmung neben dem Düsenabschnitt des Kohlestaubgemischs
(221) hoch ist, nähert sich demgemäß der
Zündpunkt der Kohlestaubflamme dem Düsenabschnitt, und es
werden stabile Kohlestaubflammen erzeugt. Die so
erzeugten Kohlestaubflammen setzen die Verbrennung durch
die von dem Umfang derselben eingeblasene Sekundärluft
(222) und die Tertiärluft (223) fort.
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In dem oben beschriebenen Brenner vom
Kohlefeuerungszylindertyp nach dem Stand der Technik gemäß
Fig. 14 und Fig. 15 sind folgende Nachteile zu
beseitigen:
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Während die Anpassung bzw. Einstellung der
Kohlestaub-Dichteverteilung der Düsenströmung des
Kohlestaubgemischs (221) am Auslaß des Kohlestaubgemischfachs (214)
durch den Kohlestaub-Fett/Mager-Separator (208)
vorgenommen wird, wird die Kohlestaubdichte an der
Oberflächenseite der Düsenströmung nicht hoch genug, und bei
einer Verbrennung von Kohlen mit geringem volatilem
Gehalt, bei der das Brennstoffverhältnis (Verhältnis
eines festen Kohlegehalts zu einem volatilen Gehalts)
hoch ist, wird der Zündpunkt der Kohlestaubflamme weit
vom Auslaß des Kohlestaubgemischfachs (214) weg versetzt,
womit die Zündstabilität der Flamme nicht gut genug ist.
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Ferner nimmt bei einer Abnahme der Verbrennungsmenge
innerhalb des Heizkesselofens (225) die Kohlestaubdichte
des von einer Kohle-Pulverisierungsanlage gelieferten
Kohlestaubgemischs (221) ab, und die Zündstabilität der
Kohlestaubflamme in einer Verbrennung mit geringer
Beschickung (low load combustion) verschlechtert sich.
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Es folgt eine Beschreibung eines Brenners nach dem
Stand der Technik gemäß Fig. 17:
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Fig. 17 ist eine schematische Längsschnittansicht
eines Hauptteils eines Kohlestaubbrenners nach dem Stand
der Technik, wobei vorgesehen sind: ein
Außenumfangszylinder (307) an der Innenseite einer
Ofenwandöffnung (309) über eine Tertiärluft-Düsenöffnung (308),
und ein Brennerkörper (301') im Zentrum an der Innenseite
des Außenumfangszylinders (307) über eine Sekundärluft-
Düsenöffnung (306), wobei Kohlestaub und Primärluft vom
Brennerkörper (301') zugeführt werden.
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Ein Leitungsdämpfer (duct damper) (nicht
dargestellt) ist am Einlaß auf der linken Seite der Figur
vorgesehen, wobei die Luftmenge nicht von jedem der
primären bis tertiären Strömungswege einheitlich erhöht
oder verringert wird.
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Die rechte Seite von Fig. 17 ist eine
Konzeptzeichnung einer Verbrennung, welche zeigt, daß die
Verbrennung stromab in zwei Stufen fortschreitet: einer
Reduktionsatmosphäre, in der die Luftmenge weniger als 1
beträgt, und einer Oxidationsatmosphäre, in der die
Luftmenge mehr als 1 beträgt, d. h., der Kohlestaub erfährt
zunächst eine Verbrennung mit volatilem Gehalt in der
Reduktionsatmosphäre und erzeugt NOx, und erfährt dann
eine Verbrennung, um sich in N&sub2; zu verwandeln, oder eine
Oxidationsverbrennung.
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Da in jüngster Zeit bekannterweise ein niedriges NOx
für jede Art von Abgasen erforderlich ist, könnte auch in
der oben erwähnten Anwendung, um das in der
Reduktionsatmosphäre erzeugte NOx unmittelbar in N&sub2; zu verwandeln,
Luft (in Wirklichkeit Sauerstoff) schnell innerhalb des
Bereichs, in dem die Temperatur nicht fällt, zugeführt
werden, es besteht jedoch ein Problem insofern, als z.B.
zuviel Primärluft zugeführt wird, das Verhältnis von
Kühlungswärme zu Verbrennungswärme zu hoch wird, so daß
sich die Verbrennung volatilen Inhalts nicht entwickelt,
wobei selbst dann, wenn die Primärluftmenge in
angemessener Weise unterdrückt wird und die Sekundär- und
Tertiärluft aufgrund der an dem Abschlußende (dem rechten
Ende der Figur) des Brennerkörpers (301') erzeugten
Luftströmungslinie und dem wie ein Trichter geöffneten
Außenumfangszylinder (307) gemäß der Figur verstärkt
werden, die Luft nicht in der Lage ist, sich im
Verbrennungsbereich gut zu durchmischen, bis sie
vergleichsweise weit stromabwärts kommt. Es erübrigt sich
zu erwähnen, daß die trichterartige Öffnung am
Abschlußende des Brennerkörpers (301') und des
Außenumfangszylinders (307) unerläßlich für das Erfordernis ist, daß
die Luft gleichmäßig in sogenannte Verbrennungsflammen
eines Generierungsgases (NOX etc.), Luft etc. in dem
Verbrennungsbereich, der durch die Verbrennung eine
plötzliche Expansion erfährt, gleichmäßig einzumischen
ist, und daß die aktuelle Strömungsgeschwindigkeit der
Flammen in geeigneter Weise unterdrückt bzw. gebremst
werden muß, um eine ausreichende Wärmeübertragung auf die
Ofenwandrohre etc. sicherzustellen.
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Die NOX-Generierungsmenge in Relation zu der
Reduktionsatmosphärentemperatur, die an dem Abschnitt
abgenommen wird, an dem der Kohlestaub seine Verbrennung
nach der Reduktionsatmosphäre und der
Oxidationsatmosphäre beendet, oder auf der äußerst rechten Seite
von Fig. 17, ist in einem Diagramm von Fig. 18
dargestellt, welches zeigt, daß je höher die
Reduktionsatmosphärentemperatur ist, die NOX-Menge umso geringer
ist.
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Fig. 19 ist ein Diagramm zur Datstellung einer
Beziehung zwischen der Sekundärluftmenge und der
volatilen Kohlestaubmenge in einem in Fig. 18
dargestellten Beispiel.
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In dem oben beschriebenen Brenner zur
Kohlestaubverbrennung nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 17 sind
folgende Nachteile auszuschalten:
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Bei diesem Brenner zur Kohlestaubverbrennung nach
dem Stand der Technik sind die Düsenöffnungen der den
Kohlestaub tragenden Primärluft und der Sekundär- und
Tertiärluft vom Umfang her feststehend vorgesehen, und
die Luftmenge kann an den Düsenöffnungen nicht der
Kohleart angepaßt werden.
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Demgemäß wird die Regelung bzw. Anpassung der
Luftmenge durch einen gewöhnlichen, am Einlaß
vorgesehenen Leitungsdämpfer vorgenommen, der verstellt
wird.
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Eine Verbrennung mit geringem NOX durch den Brenner
zur Kohlestaubverbrennung hängt davon ab, wie schnell die
Verbrennung von Kohle volatilen Gehalts bei der Reduktion
unmittelbar nach den Düsenöffnungen vorgenommen wird, und
wie schnell das erzeugte NOx in N&sub2; umgewandelt, während
die Temperatur stromabwärts nicht abnimmt.
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Da jedoch der volatile Gehalt gemäß der Kohleart
variiert und in einem Brennkraftwerk viele Kohlearten
verwendet werden, besteht bei dem Brenner zur Verbrennung
von Kohlestaub nach dem Stand der Technik ein Problem
insofern, als er feststehend vorgesehene, trichterartige
Öffnungen aufweist, so daß der Durchmischungsbereich der
Sekundärluft stromabwärts gelegen ist, und bei der Art
von Kohle eine Verbrennung mit niedrigem NOx nicht
zufriedenstellend erzielt wird.
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Ein Brenner zur Verbrennung von Kohlestaub n ach dem
Stand der Technik, der die Merkmale des Oberbegriffs von
Anspruch 1 umfaßt, ist in der EP-A-0 343 767 beschrieben.
Dieser Brenner weist konzentrische Durchgänge für ein
Primärluft-Öl-Gemisch sowie für Sekundär- und
Tertiärluftströmungen auf, die jeweils durch koaxiale
Rohre gebildet werden, welche einen zentralen Ölbrenner
umgeben. Eine Leitung verbindet sich tangential mit dem
Einlaßabschnitt des Gemisch-Strömungsdurchgangs, um eine
Wirbelströmung von Primär-Verbrennungsluft einzuleiten,
in der sich pulverisierter Brennstoff in Suspension
befindet. Radiale Führungselemente sind in im Winkel
beabstandeten Positionen in dem Gemisch-
Strömungsdurchgang vorgesehen.
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Ein weiterer Brenner zur Verbrennung von Kohlestaub
ist in der EP-A-0 571 704 beschrieben, der im Aufbau
ähnlich ist und eine radiale Einlaßleitung zu dem
Primärluft-Brennstoffgemischdurchgang aufweist, und der
spiralförmige Einlaßleitungen für die Sekundär- und
Tertiärluft-Strömungsdurchgänge hat, die jeweils mit
spiralförmigen Führungen versehen sind.
ABRISS DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Brenner zur Verbrennung von Kohlestaub bereitzustellen,
der in der Lage ist, eine umfangsmäßige Verteilung einer
Kohlestaubdichte am Auslaßabschnitt einer Kohlestaubdüse
gleichmäßig bzw. einheitlich zu gestalten, sowie
sicherzustellen, daß ein dichtes bzw. fettes Gemisch am
Außenumfang und ein dünnes bzw. mageres Gemisch an der
Innenseite erzeugt wird, und daß Kohlestaubflammen
gebildet werden, welche stabile Zündungspunkte aufweisen.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Brenner zur Verbrennung von Kohlestaub
bereitgestellt, der in der Lage ist, die NOX-Menge bei
der Verbrennung zu reduzieren.
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Um diese Aufgaben zu erfüllen, stellt die
vorliegende Erfindung einen Brenner zur Verbrennung von
Kohlestaub bereit, wie er in Anspruch 1 definiert ist.
Ein solcher Brenner umfaßt eine im zentralen Abschnitt
vorgesehene Ölspritze (01) zum Stabilisieren der
Verbrennung, einen im Schnitt ringförmigen Öl-Primärluft-
Strömungsweg (13), der die Ölspritze (01) umgibt, einen
im Schnitt ringförmigen Strömungsweg (14) für ein
Kohlestaub-/Primärluft-Gemisch, der den Öl-Primärluft-
Strömungsweg (13) umgibt, einen im Schnitt ringförmigen
Sekundärluft-Strömungsweg (15), der den Gemisch-
Strömungsweg (14) umgibt, einen im Schnitt ringförmigen
Tertiärluft-Strömungsweg (16), der den Sekundärluft-
Strömungsweg (15) umgibt, wobei eine
Kohlestaub-Zuführleitung (11), die in der Tangentialrichtung mit dem
Gemisch-Strömungsweg (14) verbunden ist, in der
Kohlestaub-Zuführleitung (11) vorgesehen sind.
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Der Brenner zur Verbrennung von Kohlestaub gemäß der
vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben
aufgebaut, und die Kohlestaub-Zuführleitung ist in der
Tangentialrichtung mit dem Kohlestaubgemisch-Strömungsweg
verbunden, wodurch dem Kohlestaubgemisch
Durchwirbelungskräfte verliehen werden und die Kohlestaubdichte am
Außenumfangsabschnitt des Gemischströmungswegs hoch und
auf der Innenseite niedrig wird. Durch diese
Durchwirbelung wird die umfangsmäßige Dichteverteilung
einheitlich bzw. gleichmäßig.
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Zusätzlich zu dem Aufbau des Brenners zur
Verbrennung von Kohlestaub gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Aufbau bereitgestellt, der ein Mittel
zum Steuern des Eintrittwinkels des Kohlestaubgemischs am
Abschlußende der Kohlestaub-Zuführleitung vorsieht,
wodurch die Durchwirbelungskraft des Kohlestaubgemischs
gesteuert werden kann. Demgemäß kann selbst dann, wenn
eine Beschickung zur Verbrennung abnimmt und die
Kohlestaubdichte im Gemisch geringer wird, der Kohlestaub
in dem äußeren Strömungsweg konzentriert, die
Kohlestaubdichte in diesem Strömungsweg auf einem
bestimmten Pegel gehalten und die Zündung bzw.
Verbrennung kann stabilisiert werden.
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Wenn ferner zusätzlich zu dem Steuermittel des
Eintrittwinkels eine solche Konstruktion vorgesehen ist,
daß der Vorderabschnitt der Innenseite des
Kohlestaubgemischzylinders in einen Außenabschnitt und einen
Innenabschnitt aufgeteilt wird und ein
Kohlestaubdichte-Trennzylinder vorgesehen ist, der einen im Schnitt
ringförmigen Durchgangsweg für dichtes bzw. fettes Gemisch an
der Außenseite und einen Durchgangsweg für mageres
Gemisch an der Innenseite bildet, dann strömt dieses
fette bzw. magere Gemisch in den im Schnitt ringförmigen
Durchgangsweg für fettes Gemisch, der an der Außenseite
gebildet ist, und den an der Innenseite des
Kohlestaubdichte-Trennzylinders gebildeten Durchgangsweg für
mageres Gemisch, womit man einen Brenner zur Verbrennung
von Kohlestaub erhält, der auf sichere Weise ein fettes
und ein mageres Gemisch bilden kann.
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Ferner kann bei einem Brenner zur Verbrennung von
Kohlestaub gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine
Kohlestaub-Zuführleitung nach obiger Erläuterung in der
Tangentialrichtung zum Gemischströmungsweg verbunden ist,
falls der Gemischströmungsweg so aufgebaut ist, daß er
ein inneres Zylinderelement mit einem Flansch aufweist,
welches sich am Abschluß-Endabschnitt in Trichterform
öffnet und längs des Umfangs intermittierend
abgeschnittene Teile enthält, und ein das innere
Zylinderelement umgebendes äußeren Zylinderelement mit
einem Flansch derselben Form wie der des inneren
Zylinderelements am Abschluß-Endabschnitt aufweist, und
um die Achse relativ zum inneren Zylinderelement drehbar
ist, eine Abnahme von NOx effizient erzielt werden.
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D.h., daß durch Anwendung eines Aufbaus, bei dem die
Ölspritze zum Stabilisieren der Verbrennung und der Öl-
Primärluft-Strömungsweg vom inneren Zylinderelement und
vom äußeren Zylinderelement des Aufbaus umgeben sind, zum
Zeitpunkt der Zündung der Ölspritze die Verbrennung des
Kohlestaubs am Kohlestaub selbst begonnen wird, und die
den Kohlestaub tragende Luft von dem Außenumfang aus
eingeleitet wird und eine ausreichende
Reduktionsatmosphäre und Oxidationsatmosphäre erzeugt, wenn das
äußere Zylinderelement beispielsweise relativ zum inneren
Zylinderelement gedreht wird, dann werden die
abgeschnittenen Abschnitte jedes Flanschs (nachstehend
wird der Flansch mit den abgeschnittenen Abschnitten
einfach als "Flansch" bezeichnet) überlappt (offen) oder
durch Drehung voneinander in der Umfangsrichtung getrennt
(geschlossen), wobei im Fall des Überlappens des
Außenumfangs Sekundärluft durch die abgeschnittenen Abschnitte
direkt in den Flanschbereich eintritt, so daß eine
schnelle Versorgung mit Sekundärluft erfolgt, wobei auf
wirksame Weise ein Bereich mit geringem NOX (Umwandlung
zu N&sub2;) entsteht. Im Fall einer rotationsmäßigen Trennung
der "Flansche" verschieben sich die abgeschnittenen
Abschnitte in die Richtung, um einander gegenseitig zu
verschließen, die gerade Strömung der Sekundärluft nimmt
ab und hört beim Verschließen auf, und es wird ein
trichterartiger "Flansch" ohne abgeschnittene Abschnitte
gebildet, der äquivalent zu einem herkömmlichen ist.
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Falls die Öffnung der abgeschnittenen Abschnitte
jedes "Flansches" in geeigneter Weise gesteuert wird,
kann eine gerade Luftströmung erhalten werden, die am
besten für die jeweilige Kohleart geeignet ist.
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Übrigens erzeugt der äußere Zylinder Sekundär- und
Tertiärluft ebenso wie der herkömmliche.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine Längsschnittansicht zur Darstellung
einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2 eine Vorderansicht von Fig. 1,
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Fig. 3 eine Schnittansicht längs der
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Linie III-III von Fig. 1,
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Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV
in der Pfeilrichtung von Fig. 1,
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Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in
der Pfeilrichtung von Fig. 1,
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Fig. 6 eine Längsschnittansicht zur Darstellung
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie II-II
in der Pfeilrichtung von Fig. 6,
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Fig. 8 eine Schnittansicht längs der
Linie III-III in der Pfeilrichtung von Fig. 6,
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Fig. 9 eine Darstellung eines Hauptteils einer
dritten bevorzugten Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 9(a) eine
Vorderansicht und Fig. 9(b) eine rechte Seiten-Schnittansicht
(Längsschnitt) ist,
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Fig. 10 eine Darstellung eines funktionellen
Vergleichs zwischen der dritten bevorzugten
Ausführungsform und einem Beispiel nach dem Stand der Technik, wobei
Fig. 10(a) die dritte bevorzugte Ausführungsform und
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Fig. 10(b) den Stand der Technik zeigt,
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Fig. 11 eine Längsschnittansicht zur Darstellung
eines Beispiels eines Kohlestaubbrenners nach dem Stand
der Technik,
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Fig. 12 eine Vorderansicht von Fig. 11,
-
Fig. 13 eine Schnittansicht längs der
Linie VIII-VIII von Fig. 11,
-
Fig. 14 eine Längsschnittansicht zur Darstellung
eines Beispiels eines kohlebefeuerten Brenners vom
Zylindertyp nach dem Stand der Technik,
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Fig. 15 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in
der Pfeilrichtung von Fig. 14,
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Fig. 16 eine Schemazeichnung zur Darstellung eines
Modells einer Kohlestaubflamme,
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Fig. 17 eine schematische Längsschnittansicht
eines Hauptteils eines Beispiels eines vorbekannten
Brenners,
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Fig. 18 ein Diagramm zur Darstellung einer
Beziehung zwischen der finalen NOx-Erzeugung und der
Reduktionsatmosphäretemperatur eines Beispiels nach dem
Stand der Technik, und
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Fig. 19 ein Diagramm zur Darstellung einer
allgemeinen Beziehung zwischen einer Sekundärluftmenge
und einer Kohlemenge volatilen Gehalts.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es folgt eine Beschreibung einer konkreten Form
eines Brenners zur Verbrennung von Kohlestaub gemäß der
vorliegenden Erfindung, die auf bevorzugten
Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 10 basiert:
(Erste bevorzugte Ausführungsform)
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Es wird nun eine erste bevorzugte Ausführungsform
gemäß Fig. 1 bis 5 beschrieben. In Fig. 1 bis 5 werden
gleiche oder ähnliche Komponenten oder Teile wie
diejenigen des in Fig. 5 bis Fig. 13 beschriebenen
Standes der Technik mit der gleichen Bezugsziffer
versehen, um Redundanz zu vermeiden, und eine
detaillierte Beschreibung fällt weg.
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In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform ist
eine Kohlestaub-Zuführleitung (11) mit einem
Gemischströmungsweg (14) in der Tangentialrichtung mit einem
bestimmten Eintrittwinkel α (45º - 90º) verbunden, und am
Abschlußende der Kohlestaub-Zuführleitung (11) ist ein
Block (28) drehbar rechts und links am
Brenner-Querabschnitt um eine Achse an der inneren Endfläche der
Kohlestaub-Zuführleitung (11) zum Steuern des
Eintrittwinkels des Gemischs vorgesehen.
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In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform ist
auch ein Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinder (25)
vorgesehen, um den Gemischströmungsweg (14) in einen
Außenumfangsabschnitt (26) und einen
Innenumfangsabschnitt (27) aufzuteilen. Am Außenumfangsabschnitt(26),
d. h. in einem Strömungsweg (26) zwischen dem
Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinder (25) und einem
Primärluftrohr (03) sind mehrere blockartige Spalter (23)
gemäß Fig. 4 in der Umfangsrichtung vorgesehen. Am
Innenumfangsabschnitt (27), d.h. in einem
Strömungsweg (27) zwischen dem Kohlestaubdichte-
Aufteilungszylinder (25) und einer Öl-
Primärluftleitung (02) sind mehrere
Rektifizierplatten (24), wie in Fig. 5 gezeigt ist, vorgesehen, um
die Strömung parallel zu dieser Achslinie gerade zu
richten.
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Ferner ist in dieser ersten bevorzugten
Ausführungsform eine Sekundärluftdüse (28) und eine
Tertlärluftdüse (19) vorgesehen, welche das Abschlußende eines
Sekundärluftströmungswegs (15) und eines
Tertiärluftwegs (16) bilden, die beide zur Vorderseite einer
Kohlestaubdüse (17) vorstehen, welche das Abschlußende des
Gemischströmungswegs (14) bildet. An der Außenseite des
Abschluß-Endabschnitts der Tertiärluftdüse (19) ist ein
Ablenkelement (dummy refractory) (21) so vorgesehen, daß
sich der Abschluß-Endabschnitt des Tertiärluft-
Strömungswegs (16) in einer solchen Richtung öffnet, daß
er nach außen gerichtet ist. In dieser ersten bevorzugten
Ausführungsform nach obiger Beschreibung wird, da die
Kohlestaub-Zuführleitung (11) in der Tangentialrichtung
verbunden ist, dem Kohlestaub- und Primärluftgemisch eine
Durchwirbelungskraft verliehen, es wird ein dichtes bzw.
fettes Kohlestaubgemisch am Außenumfangsabschnitt und ein
dünnes bzw. mageres Kohlestaubgemisch am
Innenumfangsabschnitt gebildet, wobei jedes Gemisch in
den Außenumfangsströmungsweg (26) bzw. den
Innenumfangsströmungsweg (27) eingeleitet wird, die durch den
Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinder (25) aufgeteilt
sind. Ferner wird die Dichteverteilung in der
Umfangsrichtung durch die Durchwirbelungskraft
gleichmäßig.
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Wenn das Gemisch in einen Ofen eingeleitet wird,
während es mit einer Wirbelströmung strömt, diffundieren
die Kohlestaubflammen in breiten Winkeln, und es erhöht
sich nicht nur das NOx durch eine plötzliche
Durchmischung mit der Tertiärluft, sondern es tritt auch ein
Problem der Verschlackung oder der CO-Zunahme durch das
Kollidieren der Verbrennungsflammen mit der Ofenwand
entsprechend einer Anordnung des Brenners auf, und daher
ist das Kohlestaubgemisch vorzugsweise eine Strömung mit
schwacher Durchwirbelung oder eine geradlinige Strömung
parallel mit der Brennerachse. In dieser ersten
bevorzugten Ausführungsform dienen die im
Strömungsweg (26) an der Außenseite des Kohlestaubdichte-
Aufteilungszylinders (25) am Abschluß-Endabschnitt des
Brenners vorgesehenen blockartigen Spalter (23) dazu, die
Wirbelströmung des feten Gemischs zu schwächen sowie die
Stabilisierung der Flamme durch den Karman-Wirbel, der
stromab des Spalters (25) erzeugt wird, zu stärken.
Andererseits richten die Rektifizierplatten (24), die im
Strömungsweg (24) an der Innenseite des Kohlstaubdichte-
Aufteilungszylinders (25) vorgesehen sind, das magere
Gemisch 2u einer geradlinigen Strömung aus, wobei das
magere Gemisch gezündet wird, um durch die
Strahlungshitze von den Flammen des dichten Gemischs zu brennen.
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Der bewegliche Block (28), der an der Kohlestaub-
Zuführleitung (11) vorgesehen ist, steuert
Durchwirbelungskräfte des Kohlestaubs durch Anpassen des
Eintrittwinkels der Primärluft und des
Kohlestaubgemischs. Zusammen mit der Abnahme einer Verbrennungslast
verringert sich die Kohlestaubdichte in dem
Kohlestaubgemisch relativ infolge einer Einschränkung einer vollen
Luftströmung, und die Zündung wird unstabil. Wenn dabei
der bewegliche Block (28) in der Richtung bewegt wird, in
der der Drehradius größer wird, konzentriert sich der
Kohlestaub durch die Zentrifugalkraft im
Strömungsweg (26) an der Außenseite des Kohlestaubdichte-
Aufteilungszylinders (25), wobei selbst dann, wenn die
Verbrennungslast sinkt, das Kohlestaubgemisch an der
Außenseite des Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinders (25)
auf einem bestimmten Pegel gehalten wird und eine stabile
Zündung sichergestellt wird.
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Da die Sekundärluftdüse (18) und die
Tertiärluftdüse (19) bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform
vor der Kohlestaubdüse (17) vorgesehen sind, wird auch
der Kontakt der parallel mit dem Kohlestaubgemisch
eingeleiteten Sekundärluft mit den Flammen verzögert, und
infolgedessen kann eine Interferenz der Sekundärluft mit
dem Kohlestaubgemisch, bevor es gezündet wird, verhindert
werden.
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Da sich der Abschluß-Endabschnitt des Tertiärluft-
Strömungswegs (16) in eine Richtung öffnet, damit er der
Außenseite durch das Ablenkelement (21) an der
Außenfläche des Abschluß-Endabschnitts der
Tertiärluftdüse (19) gegenüberliegt, bildet die
Tertiärluft in dieser ersten bevorzugten Ausführungsform
ferner eine so starke Kreisströmung, daß sie die Flammen
umhüllt, so daß ein breiter NOx-Reduktionsbereich
gebildet wird und das NOx abnimmt.
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Die Anzahl der am Umfang am Abschluß-Endabschnitt
des Strömungswegs (Strömungsweg dichten Gemischs) (26) an
der Außenseite des Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinders
(25) beträgt vorzugsweise drei oder mehr. Dabei liegt das
Flächenverhältnis der Spalter (23) zur Querschnittsfläche
des Strömungswegs dichten Gemischs (26) vorzugsweise im
Bereich von 15% bis 30%. Die Rektifizierplatten (24), die
im Strömungsweg (27) (Strömungsweg mageren Gemischs) an
der Innenseite des Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinders
(25) vorgesehen sind, sind in der bevorzugten
Ausführungsform plane Platten, die Länge ist vorzugsweise
gleich der Drehteilung bzw. dem Drehschritt (pivotal
pitch) oder mehr, und die Anzahl beträgt vorzugsweise
drei oder mehr.
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Wie oben beschrieben wurde, wird in einem
Kohlestaubbrenner vom axialsymmetrischen Zylindertyp gemäß der
vorliegenden Erfindung der Kohlestaub in dicht bzw. fett
und mager durch die Durchwirbelungskraft aufteilt, und es
kann eine gleichmäßige bzw. einheitliche Zündfläche und
eine stabile Zündung am gesamten Umfang des Brenners
durch ein Mittel zur Steuerung der Durchwirbelungskraft
gemäß der Beschickung (load) sowie durch die Spalter oder
die Rektifizierplatten, die am Abschlußende der
Kohlestaubdüse vorgesehen sind, erreicht werden.
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Ferner wird durch die Optimierung der
Einspritzposition und der Richtung der Sekundärluftdüse und der
Tertiärluftdüse ein breiter NOx-Reduktionsbereich
gebildet, und das NOx kann vermindert werden.
(Zweite bevorzugte Ausführungsform)
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Es wird nun eine in den Fig. 6 bis 8 dargestellte
zweite bevorzugte Ausführungsform beschrieben. In Fig. 6
bis 8 werden gleiche oder ähnliche Komponenten oder Teile
wie diejenigen nach dem Stand der Technik, die in Fig. 14
und 15 beschrieben sind, mit einer Bezugsziffer versehen,
die durch Subtrahieren von 100 von der in den Fig. 14
oder 15 verwendeten Bezugsziffer erhalten wird, und eine
detaillierte Beschreibung entfällt.
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In Fig. 6 bis Fig. 8 bezeichnet eine
Bezugsziffer (102) einen zylindrischen
Kohlestaubgemischzylinder, dessen Vorderende in die
Richtung zur Innenseite eines Heizkesselofens (125) offen
ist, die Bezugsziffer (112) bezeichnet eine
Kohlestaubgemisch-Auswurfleitung, die in der Tangentialrichtung zum
hinteren Ende des Kohlestaubgemischzylinders (102)
verbunden ist, die Bezugsziffer (130) bezeichnet eine
Kohlestaubgemisch-Auswurfgeschwindigkeits-
Regelungsplatte, die am Verbindungsabschnitt der
Kohlestaubgemisch-Auswurfleitung (112) und des
Kohlestaubgemischzylinders (102) vorgesehen ist, und die
Bezugsziffer (131) bezeichnet einen Betätigungshebel
derselben. Die Bezugsziffer (127) bezeichnet einen
Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinder, der den
innenseitigen Vorderabschnitt des
Kohlestaubgemischzylinders (102) in einen Außenabschnitt
bzw. einen Innenabschnitt aufteilt, um einen im Schnitt
ringförmigen Durchgangsweg für dichtes bzw. fettes
Gemisch (133) an der Außenseite und einen im Schnitt
ringförmigen Durchgangsweg für mageres Gemisch (134) an
der Innenseite zu bilden. Die Bezugsziffer (128)
bezeichnet einen Fett-/Mager-Gemischmengen-
Regelungsdämpfer, der mit einem Zwischenraum am hinteren
Abschnitt des Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinders (127)
vorgesehen ist, der innerhalb eines Kohlestaubgemisch-
Innenzylinders (126) durch einen Betätigungshebel (132)
hin und her bewegbar ist. Die Bezugsziffern (129) und
(137) bezeichnen eine Wirbelverhinderungsplatte für
fettes Gemisch, die in dem Durchgangsweg (133) für fettes
Gemisch vorgesehen ist, und eine
Wirbelverhinderungsplatte für mageres Gemisch, die in dem
Durchgangsweg (134) für mageres Gemisch vorgesehen ist. Die
Bezugsziffer (108) bezeichnet eine zylindrische
Trenneinrichtung für fetten/mageren Kohlestaub, die am
Außenumfang des
Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinders (127) des Vorderabschnitts der
Wirbelverhinderungsplatte (129) für dichtes Gemisch vorgesehen
und um seine Vorder- und Hinterabschnitte reduziert ist.
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Ein von einer Kohle-Pulverisierungsanlage (nicht
dargestellt) zugeführtes Kohlestaubgemisch (121) wird in
der Tangentialrichtung von der
Kohlestaubgemisch-Auswurfleitung (112) in den Kohlestaubgemischzylinder (102)
geblasen. Dabei wird die Blasegeschwindigkeit des
Kohlestaubgemischs (121) in geeigneter Weise
kontinuierlich durch die
Kohlestaubgemisch-Auswurfgeschwindigkeits-Regelungsplatte (130) aufrechterhalten,
die in der Kohlestaubgemisch-Auswurfleitung (112)
vorgesehen ist.
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Das in den Kohlestaubgemischzylinder (102)
eingeblasene Kohlestaubgemisch (121) erfährt die Wirkung
der Zentrifugalkraft, und es wird am
Außenumfangsabschnitt oder an den inneren Wandabschnitten des
Kohlestaubgemischzylinders (102) ein dichtes bzw. fettes
Gemisch (135) gebildet, in dem die Dichte des Kohlestaubs
hoch ist, und am Innenumfangsabschnitt oder an der
Außenwandseite des Kohlestaubgemisch-Innenzylinders (126) wird
ein mageres Gemisch (136) gebildet. Das am
Außenumfangsabschnitt gebildete dichte bzw. fette Gemisch (135)
strömt in den zwischen dem
Kohlestaubgemischzylinder (102) und dem Kohlestaubdichte-Aufteilun
gszylinder (127) gebildeten, im Querschnitt ringförmigen
Durchgangsweg (133) für dichtes Gemisch. Das am
Innenumfangsabschnitt gebildete magere Gemisch (136) strömt
durch einen Öffnungsabschnitt zwischen den
Kohlestaubgemisch-Innenzylinder (126) und den Kohlestaubdichte-
Aufteiluhgszylinder (127) in den zwischen dem
Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinder (127) und einem
Führungsrohr (106) für eine Ölbrennerspritze gebildeten
Durchgangsweg (134) für mageres Kohlestaubgemisch mit
ringförmigem Querschnitt. Der Betrag bzw. die Menge des
mageren Gemischs (136) wird durch den Fett-/Mager-
Gemischmengen-Regelungsdämpfer (126) geregelt bzw.
eingestellt, der den Öffnungsumfang zwischen dem
Kohlestaubgemisch-Innenzylinder (126) und dem
Kohlestaubdichte-Aufteilungszylinder (127) steuert.
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Falls die Düsenströmung des dichten bzw. fetten
Gemisches eine Wirbelströmung ist, expandiert die
Düsenströmung stark, und eine Durchmischung durch Diffusion
mit einer vom Außenumfang eingeblasenen
Sekundärluft (122) wird beschleunigt, wodurch sich die Menge an
erzeugtem NOx erhöht und ein Durchmesser der
Kohlestaubflamme verbreitert. In dieser zweiten bevorzugten
Ausführungsform wird jedoch durch die Wirbelverhihderungsplatte
(129) für fettes Gemisch ein
Durchwirbeln des in den Strömungsweg (133) für fettes Gemisch
eingeleiteten fetten Gemischs (135) verhindert, damit
daraus eine geradlinige Strömung wird. Die Strömung des
fetten Gemischs (135), von der die
Durchwirbelungsströmungskomponente beseitigt ist, wird beschleunigt,
während sie den Außenumfang des Kohlestaub-Fett- / Mager-
Separators (108) durchläuft, expandiert plötzlich und
wird am Auslaßabschnitt des Durchgangswegs (133) für
dichtes Gemisch abgebremst. Da dabei der Kohlestaub in
dem fetten Gemisch (135) zum Großteil durch die
Trägheitskraft vorbelastet an der inneren
Wandflächenseite des Auslaßabschnitts des Durchgangswegs
für fettes Gemisch (133) strömt, bildet die Düsenströmung
des dichten bzw. fetten Gemischs (135) unmittelbar nach
ihrem Einblasen in den Heizkesselofen (125) ein
Kohlestaubgemisch einer noch höheren Dichte an seiner
Oberflächenseite.
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Andererseits wird das magere Gemisch (136) durch die
Wirbelverhinderungsplatte (137) für mageres Gemisch in
dem Durchgangsweg (134) für mageres Gemisch seiner
Durchwirbelungsströmungskomponente entledigt und wird als
geradlinige Strömung in den Heizkesselofen (125)
eingeblasen.
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Was das auf diese Weise in den Heizkesselofen (125)
eingeblasene Kohlestaubgemisch betrifft, so wird das
dichte bzw. fette Gemisch (135) einer hohen
Kohlestaubdichte an der Außenumfangsseite gebildet, und dass magere
Gemisch (136) einer spärlichen Kohlestaubdichte wird an
der Innenseite verhältnismäßig sicher gebildet, wobei die
Kohlestaubflamme mit einem stabilen Zündpunkt erhalten
werden kann. Da ferner die beiden fetten/mageren
Gemische (135, 136) als geradlinige Strömungen
eingeblasen werden, besteht keine Behinderung der
Zündung; die sich durch eine Dispersion des fetten
Gemischs (135) ergäbe.
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Falls eine Verbrennungsmenge im Heizkesselofen (125)
abnimmt, verringert sich die Kohlestaubdichte
(Kohlestaubmenge/Primärluftmenge) des von einer Kohle-
Pulverisierungsanlage (nicht dargestellt) gelieferten
Kohlestaubgemischs (121), in diesem Fall wird jedoch die
Auswurfgeschwindigkeit des Kohlestaubgemischs (121) durch
die Kohlestaubgemisch-Auswurfgeschwindigkeits-
Regelungsplatte (130) beschleunigt, die Kohlestaubdichte
des fetten Kohlestaubgemischs (135) wird durch eine
effiziente Trennung des Kohlestaubgemischs (in fett und
mager) erhöht, und die Bildung einer stabilen
Kohlestaubflamme wird erreicht. Gemäß dem Brenner der vorliegenden
Erfindung nach obiger Beschreibung kann eine stets
stabile Kohlestaubflamme gebildet werden, da die
Kohlestaubdichte an der Oberflächenseite der
Kohlestaubgemisch-Düsenströmung, die in den Ofen eingeblasen wird,
über einen breiten Bereich der Brennerbeschickung auf
einer hohen Dichte gehalten werden kann. Selbst bei einem
niedrigen Gehalt an volatiler Kohle mit einer hohen
Brennstoffrate wird eine stabile Verbrennung möglich.
(Dritte bevorzugte Ausführungsform)
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Es wird nun eine dritte bevorzugte Ausführungsform
gemäß den Fig. 9 und 10 beschrieben. In Fig. 9 und
Fig. 10 sind gleiche oder ähnliche Komponenten oder Teile
wie diejenigen in dem in Fig. 17 beschriebenen Stand der
Technik mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine
Beschreibung entfällt, außer wenn sie nötig ist. Fig. 9
und Fig. 10 zeigen nur die Abschluß-Endabschnitte des
Kohlestaubbrenners, die den Merkmalsabschnitt der dritten
bevorzugten Ausführungsform darstellen, wobei die
Kohlestaub-Zuführleitung in der Tangentialrichtung mit dem
Kohlestaub- und Primärluftgemisch-Strömungsweg ebenso wie
die Kohlestaubbrenner der ersten bevorzugten
Ausführungsform und der zweiten bevorzugten Ausführungsform
verbunden ist.
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In Fig. 9 bezeichnet eine Bezugsziffer (301) eine
brennende Ölspitze, die ein Zündmittel des Brennerkörpers
ist, das im Zentrum einer Ofenwandöffnung (309) längs der
Öffnungsachse vorgesehen ist, und eine Bezugsziffer (302)
bezeichnet eine Ölverbrennungs-Luftöffnung, die ein
Flammhaltemittel ist. Übrigens werden die brennende
Ölspitze (301) und die Ölverbrennungs-Luftöffnung (302)
im folgenden manchmal kollektiv als "Brennerkörper"
bezeichnet, welcher dem Abschnitt eines
Brennerkörpers (301') nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 17
entspricht, von dem der äußere Zylinder mit einem
trichterartigen Abschlußende entfernt ist.
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Die Bezugsziffer (303) bezeichnet eine Kohlestaub-
und Transportluft-Düsenöffnung, welche den Außenumfang
des Brennerkörpers umgibt, die Bezugsziffer (304)
bezeichnet einen feststehenden Zylinder (der einen
inneren Zylinder bildet und die feststehend ist), welcher
den Brennerkörper über die Kohlestaub- und Transportluft-
Düsenöffnung (303) umgibt und einen inneren
Flansch (304a) aufweist, der sich am Abschlußende wie ein
Trichter öffnet und intermittierend längs des Umfangs
abgeschnitten ist, die Bezugsziffer (305) bezeichnet
einen beweglichen Zylinder (äußeren Zylinder), der den
feststehenden Zylinder (304) im Paßsitz umgibt, und einen
äußeren Flansch (305a) der gleichen Form wie der innere
Flansch (304a) des feststehenden Zylinders (304) am
Abschlußende aufweist und gegenüber dem feststehenden
Zylinder (304) um die Zylinderachse drehbar ist, die
Bezugsziffer (306) bezeichnet eine
Sekundärluft-Düsenöffnung, die Bezugsziffer (307) bezeichnet einen
Außenumfangszylinder, und die Bezugsziffer (308) bezeichnet
eine Tertiärluft-Düsenöffnung. Der restliche Aufbau ist
der gleiche wie bei einem vorbekannten Beispiel.
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Es folgt eine Beschreibung der Funktion des Brenners
der dritten bevorzugten Ausführungsform der oben
beschriebenen Konstruktion:
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Beim Drehen des beweglichen Zylinders (305) relativ
zum feststehenden Zylinder (304) um die Achse, und zwar
annähernd um eine Erstreckungslänge der Breite des
äußeren Flansches (305a) (oder des inneren
Flansches (304a)) werden die Ausschnittabschnitte des
inneren Flansches (304a) durch den äußeren Flansch (305a)
verdeckt (geschlossen), und der innere Flansch (304a)
sowie der äußere Flansch (305a) ergänzen sich derart, daß
sie miteinander so verbunden sind, daß ein
trichterartiger Flansch um den feststehenden Zylinder (304) (oder
den beweglichen Zylinder (305)) gebildet wird, d. h. es
wird die gleiche Form wie in dem vorbekannten Beispiel
erhalten.
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In diesem Stadium wird der Brennerkörper gezündet,
und der Kohlestaub wird zusammen mit Luft von der
Kohlestaub- und Transportluft-Düsenöffnung (303) zugeführt,
wobei, wenn die Verbrennungsflamme genügend ausgebildet
ist, der bewegliche Zylinder (305) um einen angemessenen
Betrag gemäß dem Kohletyp gedreht wird und an einem Punkt
angehalten wird, an dem ein NOx-Sensor (nicht
dargestellt) einen minimalen NOx-Wert zeigt. Es erübrigt
sich zu erwähnen, daß eine Reihe dieser Funktionen so
erstellt sein kann, daß sie durch ein Antriebsmittel über
einen Computer automatisch erfolgen, was vorzuziehen ist.
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Als Ergebnis der obigen Ausführungen wird ein Teil
der durch die Sekundärluft-Düsenöffnung (306)
hindurchgehenden Luft nicht in eine Trichterform eingeleitet,
sondern tritt durch die nach Überlappen des
Innenflanschs (304a) und des Außenflanschs (305a) erzeugten
Ausschnittabschnitte in einer geradlinigen Strömung in
den Verbrennungsbereich ein, womit das gerade in der
Reduktionsatmosphäre erzeugte NOx hoher Temperatur mit O&sub2;
versorgt wird und dazu gezwungen wird, sich in N&sub2; zu
verwandeln, womit effizient eine niedrige NOx-Rate
erzielt wird.
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Fig. 10 ist eine Zeichnung zur Darstellung eines
funktionellen Vergleichs dieser Funktionen mit einem
Beispiel nach dem Stand der Technik, wobei ein Teil der
Sekundärluft bei dieser dritten bevorzugten
Ausführungsform, wie durch Pfeile in Fig. 10(a) dargestellt ist, in
geraden Linien einströmt, während die Sekundärluft in dem
vorbekannten Beispiel in Schleifenlinien einströmt, wie
Fig. 10 (b) zeigt.
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Da gemäß dieser dritten bevorzugten Ausführungsform
nach obiger Beschreibung der Innenflansch (304a) des
feststehenden Zylinders und der Außenflansch (305a) des
beweglichen Zylinders sich in der Umfangsrichtung
verbinden oder trennen und ein Teil des Strömungswegs der
Sekundärluft geradlinig mit gleichen Abständen in der
Umfangsrichtung ausgebildet ist, wird die Sekundärluft
beschleunigt, um sich in dem Verbrennungsbereich zu
vermischen, insbesondere in der Reduktionsatmosphäre
hoher Temperatur, und es erfolgt eine ausreichende
Umwandlung von NOx in N&sub2;, wodurch sich der Vorteil
ergibt, daß eine geringe NOx-Rate effizient erreicht
wird.
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Ferner ergibt sich ein Vorteil insofern, als durch
geeignetes Verbinden oder Trennen des
Innenflanschs (304a) und des Außenflanschs (305a) die
Anwendung verschiedener Arten von Kohle ermöglicht wird.
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Somit weist der derart aufgebaute Brenner nach
obiger Beschreibung folgende Wirkung auf:
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Da der Flansch des Innenzylinders und der Flansch
des Außenzylinders durch Drehung in der Umfangsrichtung
miteinander verbunden oder voneinander getrennt w erden
können und ein Teil der Strömung der Sekundärluft in den
Verbrennungsbereich geradlinig gestaltet werden kann,
kann das NOx in unmittelbarer Nachbarschaft zur
Reduktionsatmosphäre hoher Temperatur umgewandelt werden,
und eine niedrige NOX-Rate effizient erzielt werden.
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Da ferner die Menge bzw. der Umfang geradliniger
Strömung der Sekundärluft durch die Verbindung oder
Trennung von Flanschen gesteuert werden kann, wird eine
Anwendung auf verschiedene Kohlearten möglich.
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Es ist zwar die bevorzugte Form der vorliegenden
Erfindung beschrieben worden, Fachleuten sind jedoch
Abwandlungen an dieser innerhalb des Schutzumfangs der
erfinderischen Konzepte ersichtlich, die durch die
folgenden Ansprüche umrissen sind.