DE69834960T2 - Kohlenstaubbrenner - Google Patents

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Hirofumi Hitachinaka-shi Okazaki
Hironobu Hitachi-shi Kobayashi
Toshikazu Kure-shi Tsumura
Kenji Kure-shi Kiyama
Tadashi Kure-shi Jimbo
Kouji Kure-shi Kuramashi
Shigeki Morita
Shin-ichiro Kure-shi Nomura
Miki Kure-shi Shimogori
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00Fluegas recirculation
    • F23C2202/40Inducing local whirls around flame
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kohlenstaubbrenner, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
  • Bei Brennern ist insgesamt die Unterdrückung der Bildung von NOx (Stickoxide) während der Verbrennung ein zu lösendes Problem. Kohle hat verglichen mit gasförmigem Brennstoff und flüssigem Brennstoff insbesondere einen größeren Anteil an Stickstoff. Deshalb ist die Verringerung von bei der Verbrennung von Kohlenstaub erzeugten NOx von größerer Bedeutung als im Falle der Verbrennung von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff.
  • Durch die Verbrennung von Kohlenstaub erzeugtes NOx ist nahezu alles NOx, das durch das Oxidieren des in der Kohle enthaltenen Stickstoffs erzeugt wird, d.h. das so genannte Brennstoff-NOx. Um das Brennstoff-NOx zu verringern, hat man verschiedene Brennerkonstruktionen und Verbrennungsverfahren untersucht.
  • Eines der Verbrennungsverfahren ist ein Verfahren, bei welchem ein Bereich mit niedriger Sauerstoffkonzentration in der Flamme gebildet und NOx reduziert (desoxidiert) wird. Beispielsweise offenbaren die JP A 1-305206 (US-Patent 4,930,430), die JP A 3-211304, die JP A 3-110308, das US-Patent 5,231,937, das US-Patent 5,680,823 usw. ein Verfahren zur Erzeugung einer Flamme mit einer Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration und zum vollständigen Verbrennen von Kohle sowie eine Vorrichtung mit einer Brennstoffdüse zum pneumatischen Transportieren von Kohle in ihrer Mitte und einer Lufteinblasdüse, die außerhalb der Brennstoffdüse angeordnet ist. Nach diesem Stand der Technik wird ein Bereich mit reduzierter Flamme und niedriger Sauerstoffkonzentration in der Flamme gebildet, wobei die reduzierenden Reaktionen von NOx in dem Bereich mit reduzierender Flamme fortschreiten und die in der Flamme auftretende NOx-Menge so weit unterdrückt wird, dass sie klein ist. Weiterhin offenbart die JP A 1-305206 ein Flammenstabilisierungsverfahren, bei welchem bei einem Auslassendabschnitt einer Düse ein Hindernis entgegen der Strömungsrichtung des Gases vorgesehen ist. Weiterhin offenbaren die JP A 3-311304, JP A 3-110308 und das US-Patent 5,231,937 eine Flammenstabilisierung, indem ein Flammenstabilisierungsring an der Spitze einer Kohlenstaubdüse vorgesehen wird. Nach diesem Stand der Technik werden stromab von der Spitze der Kohlenstaubdüse Rezirkulationszonen gebildet, indem der Flammenstabilisierungsring oder das Hindernis an der Spitze der Kohlenstaubdüse vorgesehen wird. Da in den Rezirkulationszonen ein Gas mit hoher Temperatur verbleibt, schreitet die Zündung des Kohlenstaubs fort, und die Stabilität der Flamme kann gesteigert werden.
  • Bei dem oben erwähnten Stand der Technik wird jedoch die NOx-Bildung nicht ausreichend unterdrückt.
  • Die WO 95/13502, die EP 0 314 928 A1 , die EP 0 445 938 A1 , die US-A-5,431,114, die EP 0 809 068 oder die JP 62172105A offenbaren einen Kohlenstaubbrenner mit einer Kohlenstaubdüse zum Ausdüsen oder Auswerfen eines Gemisches aus Kohlenstaub und Primärluft, eine Sekundärluftdüse, die konzentrisch um eine äußere Umfangswand der Kohlenstaubdüse angeordnet ist, eine Tertiärluftdüse, die konzentrisch um eine äußere Umfangswand der Sekundärluftdüse angeordnet ist, und eine Führungsplatte zum Führen von aus der Sekundärluftdüse ausgedüster Sekundärluft in eine Richtung radial nach außen.
  • Der Brenner nach der WO 95/13502 hat einen rechteckigen Aufbau im Querschnitt und weist am Umfang im Abstand angeordnete Strömungsverschiebungseinrichtungen auf, die einen radial nach außen gebogenen Teil an dem Ende der Kohlendüse haben, der einen Ablenkwinkel mit der Mittelachse des Brenners von 15 bis 25° hat, um die zentrale reduzierende Flamme von der oxidierenden Hauptflamme und der Verbrennungsflamme zu trennen.
  • Die Strömungsverschiebungseinrichtung nach der EP 0 314 928 A1 (11) weist einen Ring am stromabseitigen Ende der äußeren Umfangswand der Kohlendüse auf, der sich radial über eine vorgegebene Entfernung in das stromabseitige Ende der Kohlendüse zur Bildung eines Flammenstabilisierungsrings und in das stromabseitige Ende der Sekundärluftdüse zur Bildung eines Hindernisses erstreckt, das radial nach außen in die Richtung des erweiterten Abschnitts mit einem Ablenkwinkel von weniger als 30° bezogen auf die Mittelachse des Brenners gebogen ist und in der gleichen Radialebene wie das Ende des erweiterten Abschnitts endet.
  • Eine sehr ähnliche Strömungsverschiebungseinrichtung ist aus der EP 0 445 938 A1 (8) bekannt, bei welcher der radial nach außen gebogene Teil des Hindernisses stromauf von dem Ende des erweiterten Abschnitts endet.
  • Aus der US 5 431 114 ist eine Verbrennungsvorrichtung bekannt, bei welcher die Sekundärluft serpentinenartig durch einen Kanalabschnitt strömt, der von einem ringförmigen Vorsprung, der zwischen einem Zuführrohr für das Gemisch und einem Strömungskanal für Tertiärluft angeordnet ist, sowie von einem Flammenhaltering mit einem L-förmigen Querschnitt gebildet wird, der an dem Umfangsendabschnitt des Zuführrohrs für die Mischung vorgesehen ist. Der ringförmige Vorsprung erstreckt sich dadurch über den Flammenaufrechterhaltring in den Ofen, wobei der Winkel des Flammenhalterings mit einer zentralen Achse der Kohlendüse kleiner als ein Winkel des ringförmigen Vorsprungs ist.
  • Eine ähnliche Konstruktion des Ausströmabschnitts des Kohlenstaubbrenners ist aus der EP 0 809 068 A2 bekannt, aus der eine Deflektorplatte (1) als bekannt hervorgeht, die den Strom der Sekundärluft von der Spitze der Brennstoffdüse in eine Richtung radial nach außen ablenkt. Die Außenseite des Sekundärluft-Strömungswegs wird von einem am Durchmesser vergrößerten Abschnitt gebildet, der den Strömungsweg der Sekundärluftdüse allmählich erweitert, wobei eine axiale Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft verlangsamt wird.
  • Die JP 621 72105 A bezieht sich auf einen Verbrennungs-Brenner mit einer Prallplatte, die an einer Grenze zwischen Düsen für Sekundärluft und für Tertiärluft angeordnet ist, sowie mit einer Führungsplatte, die den Strömungsweg für die Sekundärluft an seiner Innenseite in einem Auslassbereich der Sekundärluftdüse begrenzt. Sowohl der Strömungsweg der Sekundärluft als auch der der Tertiärluft sind mit einem Drallkörper zur Erzeugung einer Wirbelströmung versehen, wobei die Verbrennung des Kohlenstaubs durch Regulierung des Schaufelwinkels des Drallkörpers so bewirkt wird, dass eine Menge der als Drallströmung eingedüsten Luft ein Drallstärkenverhältnis in einem speziellen Bereich hat.
  • Es ist das Ziel der Erfindung, einen Kohlenbrenner der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, der die NOx-Bildung weiter verringern kann.
  • Dieses Ziel wird mit dem Kohlenstaubbrenner von Anspruch 1 erreicht, von dem bevorzugte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben sind.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist bei einem Kohlenstaubbrenner mit einer Kohlenstaubdüse zum Einstrahlen oder Einblasen eines Gemisches aus Kohlenstaub mit Primärluft, mit einer Sekundärluftdüse, die konzentrisch um den Außenumfang der Kohlenstaubdüse herum angeordnet ist, mit einer Tertiärluftdüse, die konzentrisch um den Außenumfang der Sekundärluftdüse herum angeordnet ist, und mit einem erweiterten Abschnitt, der an dem Ende der äußeren Umfangswand der Sekundärluftdüse ausgebildet ist, eine Strömungsverschiebungseinrichtung zum Verschieben der Sekundärluft vorgesehen, die aus der Sekundärluftdüse zu der radial äußeren Seite hin so eingedüst wird, dass die Sekundärluft längs des erweiterten Abschnitts strömt.
  • Der Kohlenstaubbrenner, bei dem die Sekundärluftdüse und die Tertiärluftdüse konzentrisch um den Außenumfang der Kohlenstaubdüse herum angeordnet und nach der vorliegenden Erfindung gestaltet sind, zielt darauf ab, die NOx-Bildung dadurch zu unterdrücken, dass eine NOx redzierende Zone mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration durch Primärluft gebildet und eine vollständige Verbrennung dadurch ausgeführt wird, dass ein oxidierender Flammenbereich durch Mischen der Sekundärluft und der Tertiärluft mit dem Strom auf der Stromabseite des NOx reduzierenden Bereichs gebildet wird. Je später das Mischen der Sekundärluft und der Tertiärluft mit dem Kohlenstaub erfolgt, desto größer ist die gebildete NOx reduzierende Zone, so dass die Wirkung der Unterdrückung der NOx-Bildung gesteigert werden kann. Andererseits hat Kohlenstaub eine schlechte Entzündbarkeit und unter der Bedingung, dass wenig Sauerstoff vorhanden ist, ist der Kohlenstaub schwierig zu zünden und die Flamme verlöscht leicht. Um eine stabile Flamme in dem Zustand des Luftmangels zu bilden, möchte man ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur, das in dem Nachstrom der Flamme vorhanden ist, zu einer Stelle nahe am Auslass der Kohlenstaubdüse ziehen. Durch Ausbilden eines Abschnitts mit niedrigem Druck auf der Stromabseite des äußeren Endes einer Trennwand, die die Kohlenstaubdüse und die Sekundärluftdüse trennt oder abschottet, wird dort eine Rezirkulationszone gebildet, so dass das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur zurückgezogen wird. Wenn die Rezirkulationszone gebildet wird, hat die außerhalb der Rezirkulationszone strömende Luft die Neigung, durch die Rezirkulationszone nach innen gezogen zu werden. Wenn jedoch die Rezirkulationszone so gebildet wird, dass sie sich in einer Richtung senkrecht zur Achse der Kohlenstaubdüse ausbreitet und in der Axialrichtung groß wird, wird die außerhalb der Rezirkulationszone strömende Luft hinsichtlich des Rückströmens langsam und strömt nicht nahe bis zum Auslass der Kohlenstaubdüse zurück.
  • Da nach der vorliegenden Erfindung die Sekundärluft zu einem Strömen nach außen längs des erweiterten Abschnitts des äußeren Endes einer Umfangswand der Sekundärluftdüse kommt, wird die Größe der Rezirkulationszone, die an einer Stromabseite der Trennwand gebildet wird, die die Kohlenstaubdüse und die Sekundärluftdüse trennt, groß, wodurch der Rückstrom der Sekundärluft langsam wird. Außerdem wird durch eine groß bemessene Rezirkulationszone die Entzündbarkeit des Kohlenstaubs gut und die Flamme schwierig auszulöschen.
  • Die vorstehend erwähnte Strömungsverschiebungseinrichtung wird mit einer Führungsplatte am äußeren Ende der inneren Umfangswand der Sekundärluftdüse versehen. Ein Winkel der Führungsplatte sollte einen stärkeren Knick als der des erweiterten Abschnitts haben, der an der äußeren Umfangswand der Sekundärluftdüse vorgesehen ist.
  • Die Strömungsverschiebungseinrichtung kann eine Gasstrahldüse zum Eindüsen eines Gases zu der Sekundärluft aufweisen, die in der Nähe des Auslasses der Sekundärluftdüse strömt, und die Sekundärluft in die Richtung radial nach außen verschieben. Ferner kann dafür ein Induktionselement zum Induzieren oder Führen der Strömung des Sekundärluftstroms zur Außenseite hin verwendet werden. Es ist ferner auch möglich, die Sekundärluft zu der radial äußeren Seite dadurch zu verschieben, dass eine Verwirbelungseinrichtung am Auslass der Sekundärluftdüse vorgesehen wird, um die Drallkraft der Verwirbelungseinrichtung zu nutzen. Es ist besonders erwünscht, die Führungsplatte an dem äußeren Ende der inneren Umfangswand der Sekundärluftdüse vorzusehen, wobei die Wirkung der Verschiebung der Sekundärluft zu der radial äußeren Seite sehr groß ist.
  • Der Winkel der oben erwähnten Führungsplatte liegt in einem Bereich von 60° bis 90° zur zentralen Achse der Kohlenstaubdüse, wobei ein Bereich von 80 bis 90° stärker gewünscht wird. Durch Anordnen der Führungsplatte mit einem scharfen Winkel zur zentralen Achse des Brenners wird auf diese Weise die Wirkung der Verschiebung der Sekundärluft in die Richtung radial nach außen groß, außerdem wird eine Rezirkulationszone auf einer Stromabseite der Führungsplatte gebildet und der Rückstrom der Sekundärluft und der Tertiärluft kann langsamer gemacht werden.
  • Das Ende der Führungsplatte ist stromab von dem Ende des erweiterten Abschnitts angeordnet, der an der äußeren Umfangswand der Sekundärluftdüse vorgesehen ist. Nachdem die in der Sekundärluftdüse strömende Sekundärluft aus der Düse ausgeströmt ist, wird bei einer solchen Anordnung die Strömungsrichtung radial nach außen geändert, und die Sekundärluft strömt zu dem Tertiärluftstrom derart, dass sie darauf trifft. Dadurch wird der Strom der Tertiärluft weiter nach außen verschoben und ein Vermischen der Tertiärluft wird verzögert. Das Ende der Führungsplatte und das Ende des erweiterten Abschnitts sollen um einen Abstand im Bereich von 5 mm oder mehr bis 50 mm oder weniger getrennt sein. Wenn die Entfernung zu klein ist, ist der Effekt gering, wenn sie zu groß ist, expandiert die Sekundärluft nach dem Verlassen der Düse und die Strömungsgeschwindigkeit wird gering, wodurch der Effekt des Verschiebens der Tertiärluft zur Außenseite hin klein wird.
  • Ferner soll das Ende der Führungsplatte an der Stromaufseite des Endes der äußeren Umfangswand der Tertiärluftdüse angeordnet sein. Die äußere Umfangswand dient in vielen Fällen gewöhnlich auch als Ofenwand eines Kessels. An der Ofenwand haften Verbrennungsrückstände und Schlacke, wobei diese Substanzen und die Schlacke, wenn sie in großen Mengen vorliegen, mehrere kg bis mehrere hundert kg erreichen können. Um zu verhindern, dass der Brenner durch deren Herabfallen zerstört wird, soll das Ende der Führungsplatte vorzugsweise nicht in das Innere des Ofens von der Ofenwand vorstehen, die auch als äußere Umfangswand der Tertiärluftdüse dient.
  • Bevorzugt wird, dass bei der Tertiärluftdüse die Auswärtskraft bereits aufgebracht ist, wenn Tertiärluft aus der Tertiärluftdüse ausgestrahlt wird, deshalb bevorzugt man, innerhalb der Tertiärluftdüse eine Verwirbelungseinrichtung vorzusehen. Weiterhin wird bevorzugt, dass sich der Endteil der äußeren Umfangswand der Tertiärluftdüse nach außen erweitert. Ferner wird weiter bevorzugt, dass sich der Endabschnitt der inneren Umfangswand der Tertiärluftdüse nach außen erweitert.
  • Durch Ausbilden des Brenners derart, dass die Sekundärluft längs des erweiterten Abschnitts strömt, der an der äußeren Umfangswand der Sekundärluftdüse vorgesehen ist, ist es unwahrscheinlich, dass sich eine Rezirkulationszone zwischen der Sekundärluftdüse und der Tertiärluftdüse ausbildet, wodurch der Rückstrom von Tertiärluft ebenfalls gering wird.
  • Obwohl ein herkömmlicher Brenner, bei dem ein erweiterter Abschnitt am Ende der äußeren Umfangswand der Sekundärluftdüse vorgesehen ist, bekannt ist, hat man bei dem herkömmlichen Brenner eine Vorrichtung, die Sekundärluft zu der radial äußeren Seite verschiebt, nicht eingesetzt, so dass der größte Teil der Sekundärluft leicht in der Axialrichtung des Brenners entsprechend der Trägheit der Luft strömen konnte. Im Ergebnis hat der herkömmliche Brenner den Mangel, dass eine Rezirkulationszone zwischen der Kohlenstaubdüse und der Sekundärluftdüse klein ist, weiterhin eine Rezirkulationszone zwischen der Sekundärluftdüse und der Tertiärluftdüse leicht gebildet werden kann und die Sekundärluft und die Tertiärluft bei Flammenreduzierung in einem früheren Stadium leicht zu mischen sind.
  • Durch Ergreifen einer Gegenmaßnahme zum Verschieben eines Sekundärluftstroms in die Richtung radial nach außen, wie bei der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, das Vermischen der Sekundärluft und der Tertiärluft mit dem Kohlenstaub zu verzögern und eine große NOx-reduzierende Zone zu bilden. Durch eine große Rezirkulationszone zwischen der Kohlenstaubdüse und der Sekundärluftdüse wird weiterhin die Zündfähigkeit des Kohlenstaubs für ein leichtes Zünden zusätzlich verbessert, wobei ein solcher Effekt erreicht, dass eine luftarme NOx-reduzierende Zone stabil ausgebildet wird.
  • In der Sekundärdüse möchte man weiterhin ein den Strömungsweg verengendes Element oder ein Hindernis zum Verengen des Strömungswegs der Sekundärluftdüse vorsehen, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Es ist möglich, den Strom der Tertiärluft in eine Richtung weiter radial nach außen zu richten, indem durch die Führungsplatte die Strömungsrichtung der Sekundärluft eine höhere Strömungsgeschwindigkeit durch das den Strömungsweg verengende Hindernis erhält, und sie dann aus der Sekundärluftdüse auszuwerfen. Das den Strömungsweg verengende Hindernis kann an der inneren Umfangswand oder der äußeren Umfangswand der sekundären Luftdüse vorgesehen werden, bevorzugt wird es jedoch an der inneren Umfangswandseite vorgesehen, da es möglich ist, die Richtung eines Sekundärluftstroms in der Richtung radial nach außen schneller zu ändern.
  • Die vorliegende Erfindung kann bei einem Kohlenstaubbrenner mit einem Flammenstabilisierungsring an dem äußeren Umfang des Endes der Kohlenstaubdüse verwendet werden, um die Entzündbarkeit des Kohlenstaubs zu verbessern. Es ist ferner möglich, in dem Flammenstabilisierungsring oder in der Führungsplatte, die an dem Ende der inneren Umfangswand der Sekundärluftdüse vorgesehen ist, Schlitze auszubilden. Die Schlitze haben die Wirkung, dass sie eine thermische Verformung des Flammenstabilisierrings oder der Führungsplatte unterdrücken. Sie haben ferner die Wirkung, dass die Bildung einer Rezirkulationszone an der Stromabseite des Flammenstabilisierrings oder der Führungsplatte einfach gemacht wird.
  • Es werden Ausgestaltungen der Erfindung beispielsweise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
  • 1(a) eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
  • 1(b) und 1(c) jeweils eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 1(a) ist,
  • 2 eine Schnittansicht eines Endabschnitts einer Düse eines herkömmlichen Kohlenstaubbrenners ist, die zum Vergleich mit der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung gezeigt ist,
  • 3 eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
  • 4 eine Schnittansicht eines Düsenendteils eines Kohlenstaubbrenners einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
  • 5 eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
  • 6 eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und
  • 7 eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • Nachstehend wird unter Bezug auf 1(a), 1(b) und 1(c) sowie 2 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1(a) ist eine schematische Schnittdarstellung eines Kohlenstaubbrenners der vorliegenden Ausführungsform, während 1(b) und 1(c) jeweils eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 1(a) ist, um den Luftstrom und die Rezirkulationszone in dem in 1(a) gezeigten Düsenendbereich zu erläutern.
  • In 1(a), 1(b) und 1(c) bezeichnet 10 eine Kohlenstaubdüse, die mit einem Transportrohr (nicht gezeigt) am stromaufseitigen Ende verbunden ist und Kohlenstaub zusammen mit Primärluft transportiert und zuführt. 11 bezeichnet eine Sekundärluftdüse zum Ausdüsen von Sekundärluft. Die Sekundärluftdüse 11 hat einen Strömungsweg, der um den äußeren Umfang der Kohlenstaubdüse 10 herum ausgebildet und einen kreisförmigen Querschnitt hat, der konzentrisch zu der Kohlenstaubdüse 10 ist. 12 bezeichnet eine Tertiärluftdüse zum Ausdüsen von Tertiärluft, die einen Strömungsweg hat, der um den Außenumfang der Sekundärluftdüse 11 herum ausgebildet ist und eine Querschnittsform hat, die konzentrisch zur Sekundärluftdüse 11 ist. Beispielsweise beträgt die Durchsatzverteilung von Primärluft, Sekundärluft und Tertiärluft 1 bis 2: 1:3 bis 7, wobei die Verteilung so getroffen ist, dass der Kohlenstaub vollständig durch die Tertiärluft verbrannt wird. 13 bezeichnet zuströmenden Kohlenstaub und Primärluft. 14 und 15 bezeichnen zuströmende Sekundärluft bzw. Tertiärluft. 16 bezeichnet eine in der Kohlenstaubdüse 10 vorgesehen Ölspritze, die in der Kohlenstaubdüse 10 so vorgesehen ist, dass sie sich axial in eine Position in der Nähe des Auslasses der Düse 10 erstreckt. Die Ölspritze 16 wird zur Unterstützung der Verbrennung zum Zeitpunkt des Brennerstarts oder bei Verbrennung mit niedriger Last verwendet. 17 bezeichnet ein Venturi-Rohr, das den Innendurchmesser der Kohlenstaubdüse 10 verkleinert, um zu verhindern, dass die Verbrennungsflamme des Kohlenstaubs zurückschlägt. 18 bezeichnet einen Flammenstabilisierungsring, der am Ende einer Trennwand 28 vorgesehen ist, die die Kohlenstaubdüse 10 und die Sekundärluftdüse 11 und die Primärluft und die Sekundärluft zur Aufweitung einer Rezirkulationszone 31 trennt. 19 ist eine Brennereintrittsöffnung in der Ofenwand und dient auch als äußere Umfangswand der Tertiärdüse 12. 20 ist eine Führungshülse, die an dem Ende einer Trennwand 21 vorgesehen ist, die die Sekundärluftdüse 11 und die Tertiärluftdüse 12 trennt, wobei auf die Hülse bei der vorliegenden Erfindung auch als Rohraufweitabschnitt Bezug genommen wird. 22 ist eine Verwirbelungseinrichtung zum Verwirbeln von Tertiärluft längs des Umfangs der Sekundärluftdüse 11. Die Verwirbelungseinrichtung 22 verwendet Luftverwirbelungsschaufeln, die bei dieser Ausführung üblicherweise auch Widerstandsschaufeln genannt werden. 23 ist eine Seitenplatte für einströmende Sekundärluft. 24 sind Wasserrohre, die an der Ofenwand 19 angeordnet sind. 25 ist ein Windkasten, in dem Sekundärluft eingeführt wird. 26 ist eine Drossel zum Einstellen der Sekundärluft. 27 ist eine Verwirbelungseinrichtung zum Verwirbeln von Sekundärluft längs des Umfangs der Koh lenstaubdüse und verwendet Verwirbelungsschaufeln, die bei dieser Ausgestaltung üblicherweise als Schaufeln bezeichnet werden. 28 ist die Trennwand zwischen der Kohlenstaubdüse 10 und der Sekundärluftdüse 11. 30 ist eine Führungsplatte, die am Ende der inneren Umfangswand der Sekundärluftdüse 11 vorgesehen ist, um die Sekundärluft zu der radial äußeren Seite hin auszudüsen. 31 sind die zwischen den Ausdüsbereichen der Kohlenstaubdüse 10 und der Sekundärluftdüse 11 gebildeten Rezirkulationszonen. 52 ist ein Sekundärluftstrom. 53 ist ein Tertiärluftstrom. 65a ist ein Hindernis für eine Strömungswegverengung, die ein Teil des Flammenstabilisierrings 18 und im inneren Umfangsteil der Sekundärluftdüse 11 vorgesehen ist.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung der Luftströme und der Rezirkulationszonen in einem Düsenendbereich eines herkömmlichen Kohlenstaubbrenners, der zum Vergleich mit dem Kohlenstaubbrenner in 1(b) gezeigt ist. Der in 2 gezeigte Aufbau unterscheidet sich von dem in 1(a) gezeigten dadurch, dass die Führungsplatte nicht vorgesehen ist.
  • Als Nächstes wird der Verbrennungsvorgang der vorliegenden Ausgestaltung unter Bezugnahme auf 1(a) und 1(b) beschrieben.
  • Wenn der Kohlenstaubbrenner mit der Verbrennung beginnt, nimmt, da die Luft stromab von der Trennwand 28 in die Luft aufgenommen wird, die aus der Düse ausgestrahlt wird, der Druck stromab von der Trennwand 28 ab, und es wird eine Rezirkulationszone 31 gebildet. Da der Flammenstabilisierring 18 an dem Endteil der Trennwand 28 vorgesehen ist, werden Primärluft und Sekundärluft voneinander getrennt, und die Rezirkulationszone 31 dehnt sich aus. Da in der Rezirkulationszone 31 ein Gas mit hoher Temperatur vorhanden ist, schreitet die Zündung des Kohlenstaubs fort, die Stabilität der Flamme wird verbessert. Dadurch ist die Flamme durch den Kohlenstaub und die Primärluft in der Nähe des Auslasses der Kohlenstaubdüse 10 stabil ausgebildet. Weiterhin schreitet der Sauerstoffverbrauch in der Flamme fort, eine NOx-reduzierende Zone weitet sich aus und es ist möglich, die NOx-Bildung zu verringern. Da außerdem die Verbrennung der Kohle fortschreitet, nimmt der unverbrannte Kohlenstoff in der Verbrennungsasche, die nach der Verbrennung übrig bleibt, ab. Da außerdem die Verwirbelungseinrichtungen 22, 27 vorgesehen sind, werden Sekundärluft und Tertiärluft als verwirbelnde Ströme ausgedüst, erhöht sich der Unterdruck stromab von dem Flammenstabilisierring 18 durch die Zentrifugalkraft der Luft und weitet sich die Rezirkulati onszone weiter aus. Dadurch wird die Vermischung der Sekundärluft und der Tertiärluft mit dem Kohlenstaub in der Nähe des Brenners verzögert und die Konzentration des Sauerstoffs in der Flamme nimmt ab, so dass sich die NOx-reduzierende Zone ausweitet.
  • Da die Führungsplatte 30 an dem Endabschnitt der inneren Umfangswand der Sekundärluftdüse 11 als Einrichtung zum Ablenken eines Sekundärluftstroms 52 vorgesehen ist, der aus der Sekundärluftdüse 11 in eine Richtung radial nach außen ausgestrahlt wird, wird bei der vorliegenden Ausgestaltung weiterhin die Sekundärluft in der Richtung radial nach außen ausgedüst, wird das Vermischen der Sekundärluft und der Tertiärluft mit dem Kohlenstaub weiter verzögert, und weitet sich die Rezirkulationszone stromab von dem Flammenstabilisierring 18 aus. Deshalb wird die Verbrennung des Kohlenstaubs in diesem Rezirkulationszonenbereich gefördert. Die NOx-Bildung und der unverbrannte Kohlenstoff können weiter verringert werden.
  • Es werden nun die Verbrennungsbedingungen zu diesem Zeitpunkt, verglichen mit der herkömmlichen Konstruktion in 2 erläutert, in welcher keine Führungsplatte vorgesehen ist.
  • In 2 ist der Strömungsweg der Tertiärluft 53 durch die Führungshülse 20, die in einer verjüngten Zylinderform ausgebildet ist, abgebogen, und die Tertiärluft wird nach außen ausgedüst. Andererseits wird der Strömungsweg der Sekundärluftdüse 11 nach außen am Düsenauslass durch die Führungshülse 20 erweitert. Da Luft aufgrund ihrer Trägheit gerade strömt, strömt die Sekundärluft längs der Brennerachse (in 20 die gestrichelte Linie), und es ergibt sich ein Druckabfall in eine zu einer Ausdüsrichtung des Luftstroms längs der Führungshülse 20 entgegengesetzten Richtung (worauf hier als Gegendruckgradient Bezug genommen wird), wodurch eine Rezirkulationszone 54 stromab von der Führungshülse 20 gebildet wird. Durch diese Rezirkulationszone 54 wird eine zur Mitte (die in 2 gestrichelte Linie) gerichtete Strömung in der Tertiärluft 53 induziert und die Tertiärluft frühzeitig mit dem Kohlenstaub vermischt, so dass die NOx-reduzierende Zone schmaler wird.
  • Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Ausgestaltung, wie sie in 1(b) gezeigt ist, die Sekundärluft 52 in eine äußere Umfangsrichtung durch die Führungsplatte 30 ausgedüst. Dadurch wird die Bildung einer Rezirkulationszone an der Stromabseite der Führungshülse 20, die die Sekundärluftdüse 11 und die Tertiärluftdüse 12 trennt, verhindert oder unterdrückt. Da der Brenner so gebaut ist, dass die Sekundärluft 52 radial stärker nach außen als die Terti ärluft 53 ausgedüst wird, wird außerdem insbesondere der Strom der Tertiärluft 53 weiter zur äußeren Umfangsrichtung durch den Impuls der Sekundärluft 52 gerichtet, die in der äußeren Umfangsrichtung ausgedüst wird. Dadurch wird ein Mischen der Sekundärluft und der Tertiärluft mit dem Kohlenstaub in der Nähe des Brenners verzögert, wird die Konzentration des Sauerstoffs in der Flamme abgesenkt und wird die NOx-reduzierende Zone erweitert, wodurch in der Flamme auftretendes NOx verringert werden kann.
  • Da das Ende der Führungsplatte 30 näher zur Brennerachse (in 1(b) eine gestrichelte Linie) angeordnet ist als das Ende der Führungshülse 20, kann außerdem die Sekundärluft radial stärker nach außen strömen, und es ist unwahrscheinlich, dass sich eine Rezirkulationszone stromab von der Führungshülse 20 ausbildet.
  • In dieser Ausgestaltung ist der Strömungsweg der Sekundärluftdüse 11 nahe an ihrem Auslass durch den Flammenstabilisierring 19 verengt, wodurch die Sekundärluft, deren Strömungsgeschwindigkeit durch die Strömungswegverengung größer gemacht ist, so ausgedüst wird, dass weiterhin das Vermischen der Tertiärluft mit Kohle verzögert werden kann.
  • Auf diese Weise wird bei der vorliegenden Ausgestaltung Sekundärluft in der Richtung radial nach außen aus der Sekundärluftdüse 11 durch die Führungsplatte 20 ausgedüst, die an der Sekundärluftdüse 11 vorgesehen ist. Außerdem wird der entgegenwirkende Druckgradient auf der Stromabseite der Trennwand 21 zwischen der Sekundärluftdüse und der Tertiärluftdüse 12 klein, so dass auch Tertiärluft aus der Tertiärluftdüse 12, die an der äußeren Umfangswand der Sekundärluftdüse 11 angeordnet ist, in eine Richtung radial nach außen ausgedüst wird. Deshalb wird das Vermischen des Kohlenstaubs und der Verbrennungsluft mit Kohlenstaub in der Nähe des Brenners unterdrückt und wird der Kohlenstaub in der Nähe des Brenners unter der Bedingung einer niedrigen Sauerstoffkonzentration verbrannt, wodurch das Ausmaß der NOx-Bildung reduziert werden kann.
  • Als Beispiel wird ein Verbrennungsversuch in einem Verbrennungsofen (500 kg/h) unter Verwendung des Kohlenstaubbrenners (die Entfernung zwischen der Führungshülse 20 und der Führungsplatte 30 beträgt 10 mm), wie in 1(a) und 1(b) gezeigt, und des in 2 gezeigten Brenners durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Die NOx-Konzentration nach der Verbrennung durch den Brenner von 1(a) und 1(b) betrug 103 ppm (6 Vol.-% O2), während die NOx-Konzentration durch den Brenner in 2 111 ppm (6 Vol.-% O2) betrug. Man erkennt einen durch die vorliegende Erfindung bedingten Effekt einer Verringerung des Ausmaßes der NOx-Bildung. Tabelle 1
    Figure 00130001
  • Weiterhin ist 1(c) eine vergrößerte Ansicht eines Düsenendabschnitts zur Erläuterung eines Luftstroms für den Fall, dass die Führungsplatte 30 in 1(b) zur Stromauseite hin verschoben ist. Wie bei dem Brenner von 1(c), bei dem die Führungsplatte 30 axial zu einer Seite verschoben ist, die weiter stromauf liegt als das Ende der Hülse 20, fließt Sekundärluft 52, wie in 1(c) gezeigt ist. Durch die Führungsplatte 30 ändert die Sekundärluft 52 ihre Strömungsrichtung nach außen, wobei jedoch die Strömung in der Richtung radial nach außen durch die Hülse 20 unterbunden wird. Deshalb strömt die aus dem Brenner ausgedüste Sekundärluft stärker in eine Richtung der zentralen Achse als in dem Fall, wenn die Führungsplatte 30 weiter stromab in Richtung der Brennerachse als das Ende der Führungshülse 20 angeordnet ist, wie es in 1(b) gezeigt ist. Deshalb kann sich, wie in 1(c) gezeigt ist, eine Rezirkulationszone 54 auf der Stromabseite der Führungshülse 20 ausbilden. In der Tertiärluft 53 werden durch die Rezirkulationszone 54 Strömungen induziert. Da die Strömungen zur zentralen Achse in der Tertiärluft 53 induziert werden können, wird das Mischen zwischen der Tertiärluft und dem Kohlenstaub zeitlich beschleunigt und eine NOx-reduzierende Zone verengt.
  • Beispielsweise wurde unter Verwendung des in 1(c) gezeigten Brenners (das Ende der Führungsplatte 30 befindet sich an einer Stelle, die sich 10 mm in Brennerachsenrichtung stromauf vom Ende der Führungshülse 20 befindet) ein Verbrennungsversuch bei einem Kohlezuführmassenstrom von 500 kg/h ausgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Zu dieser Zeit betrug die NOx-Konzentration an dem in 1(b) gezeigten Verbrennungsofenauslass des Brenners 103 ppm (6% Sauerstoffkonzentrationsbasis), während die NOx-Konzentration durch den in 1(c) gezeigten Brenner 107 ppm (6% Sauerstoffkonzentrationsbasis) auf der Basis des gleichen unverbrannten Kohlenstoffgehalts betrug, während die NOx-Bildung stärker anstieg als in dem Fall, in welchem die Führungsplatte 30 weiter stromab vom Ende der Hülse in der Brennerachsrichtung angeordnet ist.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird als nächstes eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 3 ist eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners der zweiten Ausgestaltung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten gemäß 1(a) und 1(b) dadurch, dass ein Winkel 55 der Führungsplatte 30 und ein Winkel 56 der Führungshülse 20 jeweils einstellbar ausgeführt ist und der übrige Aufbau der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform ist.
  • Bei dieser Ausgestaltung werden durch den Einstellvorgang des Winkels 55 der Führungsplatte 30 und des Winkels 56 der Führungshülse 20 die Winkel der Führungsplatte 30 und der Führungshülse 20 abhängig von den Zufuhrmenge von Kohlenstaub, Primärluft und Verbrennungsluft eingestellt, wodurch es möglich ist, einen weiteren geeigneten Rezirkulationszonenbereich zu schaffen und NOx und unverbrannten Kohlenstoff verglichen mit der ersten Ausführungsform effektiv zu verringern.
  • Durch Einstellen des Winkels 55 der Führungsplatte 30 auf 60° bis 90°, vorzugsweise 80° bis 90°, ist es möglich, die Bildung der Rezirkulationszone zwischen der Sekundärluft und der Tertiärluft zu unterbinden und eine große Rezirkulationszone an einer Stromabseite der Führungsplatte 30 aus auszubilden.
  • Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 4 beschrieben.
  • 4 ist eine Schnittansicht eines Düsenendabschnitts eines Kohlenstaubbrenners der vorliegenden Ausgestaltung. Die Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein verjüngt ausgebildeter Ring 61 in einem Abgabebereich der Sekundärluftdüse 11 als ein Induktionselement zum Induzieren oder Führen eines Luftstroms vorgesehen ist, der aus der Sekundärluftdüse 11 in die Richtung radial nach außen von der Sekundärluftdüse 11 aus, wie in 4 gezeigt, ausgedüst wird. Der äußere Aufbau ist in etwa der gleiche wie der der ersten Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausgestaltung wird ein Effekt verursacht, nämlich dass der Ring 61 einen Teil der Sekundärluft zu der Außenseite längs der Führungshülse 20 bewegt. Deshalb strömt Tertiärluft 53 zu dem Außenumfang, wird das Mischen der Sekundärluft und der Tertiärluft mit Kohlenstaub in der Nähe des Brenners verzögert, nimmt die Sauerstoffkonzentration in der Flamme ab und expandiert die NOx reduzierende Zone in der Flamme, wodurch es möglich ist, NOx und unverbrannten Kohlenstoff wirksam zu verringern.
  • Bei jedem Kohlenstaubbrenner der oben beschriebenen Ausführungsform strömt die Sekundärluft, da die Einrichtungen zum Ablenken der Sekundärluft, die aus der Sekundärluftdüse in einer Richtung radial nach außen von der Sekundärluftdüse vorgesehen ist, in der Richtung radial nach außen, und es ist unwahrscheinlich, dass sich eine Rezirkulationszone stromab von der Trennwand bildet, die die Sekundärluftdüse und die Tertiärluftdüse trennt, die an der Außenumfangsseite der Sekundärluftdüse angeordnet ist. Im Bereich der Rezirkulationszone wird ein Druckabfall in einer Richtung entgegengesetzt zur Ausdüsrichtung des Luftstroms (entgegenwirkend der Druckgradient) verursacht. Deshalb ändert sich die Luftströmung längs der Rezirkulationszone der Strömungsrichtung durch den entgegenwirkenden Druckgradienten, so dass aus der Rezirkulationszone ausströmende Luft zu der Primärluftseite strömen kann. Bei der vorliegenden Erfindung werden jedoch, da die Sekundärluft zu der Richtung radial nach außen ausgedüst wird, die Primärluft und die Sekundärluft voneinander getrennt und strömen so, wie sie getrennt sind. Deshalb wird der entgegenwirkende Druckgradient auf der Stromabseite der Trennwand der Kohlenstaubdüse und der Sekundärluftdüse stark, und die im Bereich des entgegenwirkenden Druckgradienten gebildete Rezirkulationszone weitet sich aus. In der zwischen der Primärluft und der Sekundärluft gebildeten Rezirkulationszone verbleibt ein Gas mit hoher Temperatur, was die Zündung des Kohlenstaubs und die Flamme stabilisiert. Die Ausweitung der Rezirkulationszone begünstigt die Zündung des Kohlenstaubs durch das Gas mit hoher Temperatur. Da der Verbrauch an Sauerstoff durch die Zündung fortschreitet, dehnt sich ein Bereich einer Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration in der Flamme aus, wodurch es möglich ist, das Ausmaß der NOx-Bildung und die Menge an unverbranntem Kohlenstoff in den Verbrennungsaschen zu verringern.
  • Da die Stabilität der Entzündung von Kohlenstaub und der Flamme verbessert ist, wird außerdem erreicht, dass die Entfernung für die Verbrennung verkürzt wird und die Vorrichtung selbst klein gebaut werden kann. Da die Flamme auch in dem Fall stabil ist, in dem die Kon zentration an Kohlenstaub gering wird, beispielsweise bei Betrieb mit niedriger Last, wird ein möglicher Bereich der Verbrennung von lediglich Staub durch den Kohlenstaubbrenner ohne Unterstützung von einer anderen Art von Brennstoff ausgeweitet.
  • Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • 5 ist eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners der vorliegenden Ausführungsform.
  • Die Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ring 30 mit einer Ebene, die senkrecht zu den Richtungen des Primärluftstroms und des Sekundärluftstroms ist, an dem Endabschnitt der Trennwand 28 als Einrichtung zum Ablenken des Sekundärluftstroms vorgesehen ist, der aus der Sekundärluftdüse 11 in eine Richtung radial nach außen von der Sekundärluftdüse 11 ausgedüst wird, und eine Rezirkulationszone auf der Stromabseite der Trennwand 28 bildet, wie es in 7 gezeigt ist. Der übrige Aufbau ist im Wesentlichen der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
  • In 5 wird der Ring 30 von einem inneren Ring 301, der auf der Seite der Kohlenstaubdüse 10 ausgebildet ist, und einem äußeren Ring 302 gebildet, der sich auf der Seite der Sekundärluftdüse 11 befindet. Der Ring 30 verursacht in der Primärluft und der Sekundärluft Turbulenz, wodurch sich die stromab von dem Ring 30 gebildete Rezirkulationszone entwickelt. Bei der vierten Ausführungsform sind außerdem die Positionen des inneren Rings 301 und des äußeren Rings 302 voneinander in Strömungsrichtung getrennt. Als Folge tritt in der Rezirkulationszone, die stromab von dem Ring 30 gebildet wird, ein Verschieben (oder eine Differenz) in der Strömungsrichtung zwischen der Kohlenstaubstromseite und der Luftstromseite auf, und die Rezirkulationszone 31 wird so gebildet, dass sie sich in Strömungsrichtung erstreckt, so dass das Gas aus der Stromabseite zurückgeführt wird.
  • Auf diese Weise kann der Rezirkulationszonenbereich ausgeweitet werden, und der Bereich der Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration in der Flamme kann ebenfalls ausgeweitet werden, so dass das Ausmaß der NOx-Bildung und die Menge an unverbranntem Kohlenstoff in der Verbrennungsasche wirksam verringert werden können.
  • Es ist weiterhin möglich, die Zündung des Kohlenstaubs und die Stabilität der Flamme zu verbessern und die für die Verbrennung erforderliche Distanz zu verkürzen. Da die Flamme auch in dem Fall stabilisiert ist, in dem die Konzentration an Kohlenstaub abnimmt, wie dies bei einer Verbrennung bei niedriger Last der Fall ist, kann auch ein Bereich ausgeweitet werden, in dem es möglich ist, nur Kohlenstaub durch den Kohlenstaubbrenner zu verbrennen.
  • Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
  • 6 ist eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners der vorliegenden Ausführungsform.
  • Die Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring 30 an dem Endabschnitt der Trennwand 28 mit einem Teil 303 großer Dicke (beispielsweise 10 mm dick) an der Sekundärluftdüsen-Innenwandseite des Rings 30 als Einrichtung zum Ablenken eines Sekundärluftstroms vorgesehen wird, der aus der Sekundärluftdüse 11 in einer Richtung radial nach außen von der Sekundärluftdüse 11 ausgedüst wird, wobei eine Rezirkulationszone auf einer Stromabseite der Trennwand 28 gebildet wird, wie es in 6 gezeigt ist. Der übrige Aufbau ist in etwa der gleiche wie der der vierten Ausführungsform.
  • Bei der fünften Ausführungsform ist der Strömungsweg der Sekundärluftdüse 11 durch das Teil 303 mit großer Dicke verengt, wird die Geschwindigkeit der Sekundärluft erhöht, wenn sie an dem Teil 303 mit großer Dicke vorbeigeht, trifft die Luft auf den äußeren Ring 302 und wird dann in Radialrichtung nach außen abgestrahlt. Als Folge ist es möglich, eine vergrößerte Rezirkulationszone 31 auszubilden und den Bereich einer Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration in der Flamme auszudehnen, so dass ein Ausmaß der NOx-Bildung und die Menge an unverbrannter Kohle in der Verbrennungsasche wirksam verringert werden kann, während es möglich ist, die Zündung des Kohlenstaubs und die Stabilität der Flamme zu verbessern.
  • Sowohl bei der vierten als auch bei der fünften Ausführungsform ist weiterhin der äußere Ring 302 des Rings 30 als gleichförmiger Ring ausgebildet, während der Ring 302 jedoch eine eingekerbte Form und/oder eine konkav-konvexe Form am Außenumfang eines Endteils hat, falls dies erforderlich ist. Indem er mit dieser Form ausgebildet wird, kann die thermische Verformung des Rings eingeschränkt werden, und außerdem nimmt die Turbulenz stromab vom äußeren Ring 302 zu, während sich die Rezirkulationszone weiter entwickelt. Ferner kann zusätzlich zu dem äußeren Ring 302 die konkav-konvexe Einkerbung in dem Innenring 301 ausgebildet werden.
  • Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 7 beschrieben.
  • 7 ist eine Schnittansicht eines Kohlenstaubbrenners der vorliegenden Ausführungsform.
  • Die Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring 30 als Mittel zum Ablenken eines Sekundärluftstroms vorgesehen wird, der aus der Sekundärluftdüse 11 zu der äußeren Umfangsseite der Sekundärluftdüse 11 ausgedüst wird und eine Rezirkulationszone auf der Stromabseite der Trennwand 28 bildet, und dass eine Vielzahl von Verengungsabschnitten 65, die den Strömungsweg in der Nähe des Auslasses der Sekundärluftdüse verengen, in der Umfangsrichtung vorgesehen ist, wie es in 7 gezeigt ist. Der übrige Aufbau ist in etwa der gleiche wie der bei der vierten Ausführungsform.
  • Bei der sechsten Ausführungsform erhält die Sekundärluft eine größere Geschwindigkeit durch die Verengungsabschnitte 65b und der Luftstrom wird durch den erweiterten Abschnitt ohne die Verengungsabschnitte 65b verteilt, wodurch es möglich ist, eine konstante Turbulenz mit einer relativ großen Frequenz zu erzeugen. Deshalb entwickelt sich die Rezirkulationszone 31, die auf der Stromabseite ausgebildet wird. Ferner trifft die Sekundärluft, deren Geschwindigkeit durch die Verengungsabschnitte 65b erhöht wird, auf den äußeren Ring 302 auf, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit, die in die Richtung radial nach außen gerichtet ist, erhöht werden kann. Deshalb wird Sekundärluft aus dem Kohlenstaub abgetrennt, der an einem zentralen Abschnitt des Brenners strömt und das Mischen der Sekundärluft und der Tertiärluft mit dem Kohlenstaub kann verzögert werden, wodurch sich die NOx reduzierende Zone in der Flamme ausdehnt, die Menge der NOx-Bildung und von unverbranntem Kohlenstoff in den Verbrennungsaschen wirksam verringert werden kann und es möglich ist, die Zündung des Kohlenstaubs und die Stabilität der Flamme zu verbessern.
  • Wie vorstehend erwähnt, strömt nach der vorliegenden Erfindung, da die Strömungsverschiebeeinrichtung zum Ablenken der Sekundärluft vorgesehen ist, die von der Sekundärluftdüse in eine Richtung radial nach außen von der Sekundärluftdüse ausgedüst wird, die Sekundär luft in die Richtung radial nach außen, bewegt sich die Rezirkulationszone, die stromab von der Trennwand zwischen der Kohlenstaubdüse und der Sekundärluftdüse gebildet wird, in die Richtung radial nach außen und kann die Größenordnung somit gesteigert werden. Als Folge wird die Vermischung von Kohlenstaub mit Sekundärluft und Tertiärluft in der Nähe des Brenners unterdrückt, verbrennt der Kohlenstaub im Zustand einer Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration in der Nähe des Brenners und kann die NOx-Bildung wirksam verringert werden.

Claims (7)

  1. Kohlenstaubbrenner – mit einer Kohlenstaubdüse (10) zum Einstrahlen oder Einblasen eines Gemisches aus Kohlenstaub und Primärluft, – mit einer Sekundärluftdüse (11), die konzentrisch um den Außenumfang der Kohlenstaubdüse (10) herum angeordnet ist und einen Sekundärluft-Strömungsweg hat, der von einer inneren und einer äußeren Trennwand (28, 21) begrenzt wird, wobei die äußere Trennwand (21) einen erweiterten Abschnitt (20) aufweist, der an ihrem stromabseitigen Endteil ausgebildet ist, – mit einer Tertiärluftdüse (12), die konzentrisch um den Außenumfang der Sekundärluftdüse (11) angeordnet ist, und – mit einer Führungsplatte (30, 61, 302) zum Führen von Sekundärluft in dem Sekundärluft-Strömungsweg derart, dass sie in eine Richtung radial nach außen strömt, – wobei die Führungsplatte (30, 61, 302) ein Ring ist, der an einem Auslassbereich der Sekundärluftdüse (11) angeordnet ist, – wobei das stromabseitige Ende der Führungsplatte (30, 61, 302) weiter zur stromab befindlichen Seite als der erweiterte Abschnitt (20) des Sekundärluft-Strömungswegs so vorsteht, dass der Sekundärluftstrom (52) auf einen Tertiärluftstrom (53) auftreffen kann, der in der Tertiärluftdüse (12) geführt wird, und – wobei ein Knickwinkel der Führungsplatte (30, 61, 302) mit der zentralen Achse der Kohlenstaubdüse (10) einen schärferen Knick als ein Winkel des erweiterten Abschnitts (20) hat, dadurch gekennzeichnet, – dass der Knickwinkel des stromabseitigen Endabschnitts der Führungsplatte (30, 61, 302) 60° bis 90° bezogen auf die zentrale Achse des Kohlenstaubbrenners (10) beträgt und – dass die Entfernung zwischen dem stromabseitigen Ende der Führungsplatte (60, 61, 302) und dem Ende des erweiterten Abschnitts (20) des Sekundärluft-Strömungswegs im Bereich von nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 50 mm liegt.
  2. Brenner nach Anspruch 1, welcher zur Strömungsbehinderung der Sekundärluft ein Hindernis (18, 65a) am Ende der Trennwand (28) hat, die den Kohlenstaubstrom, der aus der Kohlenstaubdüse (10) ausgedüst wird, und die Sekundärluft, die aus der Sekundärluftdüse (11) ausgedüst wird, trennt, wodurch eine Rezirkulationszone (31) auf der Stromabseite des Hindernisses (18, 65a) gebildet wird.
  3. Brenner nach Anspruch 2, bei welchem das Hindernis ein Flammenstabilisierungsring (18) ist, wobei die Positionen des stromabseitigen Endes der Führungsplatte (30, 61, 302) und des Flammenstabilisierungsrings (18) voneinander in der Ausdüsrichtung getrennt sind.
  4. Brenner nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem das Hindernis ein den Strömungsweg verengendes Element (65a) zum Verengen des Strömungswegs und zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Luftstroms in dem Strömungsweg ist.
  5. Brenner nach Anspruch 3, bei welchem die Führungsplatte (30, 61, 302) konkavkonvex geformte Einkerbungen hat.
  6. Brenner nach Anspruch 5, bei welchem der Flammenstabilisierungsring (18, 301) konkav-konvex geformte Einkerbungen hat.
  7. Brenner einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem ein Ende der äußeren Umfangswand der Tertiärluftdüse (12) radial nach außen aufgeweitet ist.
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