EP0202443B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen flüssiger und/oder fester Brennstoffe in pulverisierter Form - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen flüssiger und/oder fester Brennstoffe in pulverisierter Form Download PDF

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EP0202443B1
EP0202443B1 EP86104628A EP86104628A EP0202443B1 EP 0202443 B1 EP0202443 B1 EP 0202443B1 EP 86104628 A EP86104628 A EP 86104628A EP 86104628 A EP86104628 A EP 86104628A EP 0202443 B1 EP0202443 B1 EP 0202443B1
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EP
European Patent Office
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fuel
inlet
air
combustion chamber
inlet ports
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EP86104628A
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EP0202443A3 (en
EP0202443A2 (de
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Kurt Dipl.-Ing. Skoog
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STUBINEN UTVECKLING AB
Original Assignee
STUBINEN UTVECKLING AB
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Publication of EP0202443A3 publication Critical patent/EP0202443A3/de
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/007—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel liquid or pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/005—Burners for combustion of pulverulent fuel burning a mixture of pulverulent fuel delivered as a slurry, i.e. comprising a carrying liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00016—Preventing or reducing deposit build-up on burner parts, e.g. from carbon

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for burning liquid and / or solid fuels according to the preamble of patent claim 1 and patent claim 14.
  • a burner is proposed in DD-PS 145316, which is a combination of a so-called rotary burner with a toroidal burner.
  • this burner can only achieve relatively low efficiencies, especially in the critical starting phase. The reason is presumably that the atomization of the fuels is inadequate, so that inflammation problems occur especially in the starting phase. The enrichment or mixing of the fuels with air is also deficient, which also affects the efficiency.
  • the present invention has for its object to provide a method and an apparatus for burning liquid and / or solid fuels in pulverized form, in which or with the due to good mixing of different types of fuels at a minimal distance in the combustion chamber a practically complete combustion is possible, the combustion being able to be maintained with a high degree of efficiency even when solid fuels are supplied in dry form, and with which particularly easy ignition is achieved.
  • the fuels are introduced into the combustion chamber in finely divided form. Solid and liquid fuels are mixed with one another immediately after they are introduced into the combustion chamber, which means that combustion can be started easily, especially in the start-up phase.
  • the fuels are fed through one (small burner) or several nozzles finely distributed in the form of spray cones into the combustion chamber, whereby the alternating arrangement of nozzles or inlet openings for solid and liquid fuels ensures good mixing and therefore easy ignition.
  • the introduced fuels are "broken up" into the smallest fuel particles or droplets. In this way, a maximum fuel surface is obtained, whereby the practically complete combustion is achieved at an extremely short distance.
  • the combustion chamber can be built accordingly short.
  • the external air flow has a temperature of approximately 100 ° C. If the temperature of the external air flow is lower than 100 ° C, it is advisable to reintroduce oil in order to maintain a high combustion efficiency.
  • the device (burner) designed according to the invention is therefore suitable both for the combustion of solid fuels and of liquid fuels, specifically separately from one another or in a predetermined mixing ratio.
  • the measures according to the invention reliably prevent deposits on the side wall opposite the fuel inlet and delimiting the air flow closest to the fuel inlet when the nozzle body or fuel inlet is arranged in the front wall of the combustion chamber.
  • the central recirculation of part of the hot combustion gases also has the great advantage that part of the dissociated water and thus released oxygen flow back centrally to the fuel inlet, which also causes the combustion from the inside of the hollow fuel Spray cone is initiated here.
  • only pure oil is preferably injected in order to then increasingly introduce pulverized solid fuels.
  • the oil supply can then be switched off completely at a sufficiently high temperature of the external air flow and also of the compressed air blown in centrally and optionally the compressed air mixed with the solid fuel. The procedure is reversed when switching off the combustion. The powdered fuel is increasingly removed until finally only oil remains as fuel.
  • the solution according to the invention is also extremely suitable for the combustion of oil, in particular heavy oil.
  • oil in particular heavy oil.
  • the highest fine distribution or atomization of the oil introduced into the combustion chamber and thus an extremely large free combustion area are obtained, with the result that almost complete combustion is obtained at the shortest distance.
  • Solid fuels are primarily coal, e.g. Hard coal, bituminous coal, gas-rich coal or a mixture thereof.
  • the oil and / or coal burner shown in a schematic longitudinal section in FIG. 1 has a nozzle body 32 with fuel inlet openings 10, 12 'opening into the combustion chamber 16, which is arranged sunk in the end wall 33 of the combustion chamber and of several gas channels 35, 37 , 39, 41 and 43 is concentrically surrounded.
  • the gas channel 35 immediately surrounding the nozzle body 32 opens into the combustion chamber 16 through an inlet opening 36 which is closest to the fuel inlet.
  • a so-called “primary primary air” flows through the channel 35, which can be enriched with combustion gases of higher temperature, the gas emerging from the opening 36 having a flow rate of 100 to 200 m / s, preferably about 130 m / s.
  • the side walls 60 and 62 delimiting the opening 36 are each conical in shape with the formation of an annular nozzle.
  • the "primary primary gas” emerges, it is deflected by swirl elements 46 in the form of guide vanes by approximately 70 ° and thus set in rotation about the longitudinal axis 14 of the nozzle body or combustion chamber.
  • the primary primary gas is blown into the gas channel 35 at a pressure of about 1000 to 1200 mm water column.
  • the gas channel 35 is surrounded concentrically by a further gas channel 37, the annular inlet opening 38 opening into the combustion chamber 16 is likewise delimited by conical side walls 64 and 66.
  • the side walls 64, 66 are directed in such a way that they impart a cone-like flow profile to the gas flow emerging from the ring opening 38, which penetrates the opposite flow profile of the fuels and the "primary primary air" emerging from the ring opening 36.
  • the exit velocity of the “secondary primary air” is approximately 120 to 180 m / s, preferably 140 m / s.
  • the annular gap width of the opening 38 can be changed by changing the relative position of the side walls 64, 66 delimiting it.
  • the exit velocity of the “secondary primary air” is of course variable in a corresponding manner.
  • the “secondary primary air” is also blown into the annular duct 37 at a pressure of about 1000 to 1200 mm water column.
  • the “secondary primary air” is deflected by the swirl elements 48 in the same direction as the “primary primary air” is deflected by the swirl elements 46 arranged in the region of the opening 36.
  • the “secondary primary air” is preferably not enriched with hot combustion gases, since it serves less as a carrier medium for the fuel introduced into the combustion chamber 16, but rather to enlarge the free surface thereof and to enrich or supply the fuel particles or droplets with oxygen.
  • the component comprising the nozzle body 32, the ring channel 35 immediately surrounding it and the ring channel 37 through which the “secondary primary air” flows can be inserted as a whole into the end wall 33 of the combustion chamber 16 or into the gas register 39, 41, 43 to be described and thus also easily replaceable with a corresponding, slightly modified component.
  • the gas channel 37 for the “secondary primary air” is in turn surrounded by a concentric gas channel 39, this by another gas channel 41 and finally by a gas channel 43.
  • the corresponding ring openings opening into the combustion chamber 16 are identified by the reference numerals 40, 42 and 44.
  • the annular channels 39, 41 and 43 are flowed through selectively, preferably by air, the blowing in taking place under a pressure of about 200 to 300 mm water column.
  • swirl elements 50, 52, 54 arranged in the region of the openings in the form of baffles and thus set in rotation about the longitudinal axis 14, specifically in in the same direction as the “primary primary air” or “secondary primary air” through the swirl elements 46 and 48.
  • the swirl elements 50 deflect the gas or air flow by approximately 70 °.
  • the swirl elements 52 and 54 deflect the gas or air flow by approximately 40 to 50 ° and 0 to 40 °. All of the swirl elements, in particular the outermost swirl elements 54, can be changed with regard to their angular position and can thus be adapted to the fuel or fuel mixture to be burned.
  • the flow velocity of the air emerging from the ring opening 40 is approximately 40 m / s at the start of combustion, and approximately 70 m / s at full load.
  • the flow velocity of the air emerging from the ring openings 42 and 44 varies between 0 m / s at the start of combustion and 70 m / s at full load.
  • an annular mouthpiece 68 arranged between the two ring openings or gaps 36 and 38 and comprising the two adjacent or facing side walls 62 and 64 of the two ring openings 36 and 38 is in the axial direction or in the direction of the longitudinal axis 14 - and slidably mounted.
  • the ring mouthpiece 68 is connected to the tube jacket 70 separating the two primary air channels 35, 37, so that the axial displacement of the ring mouthpiece 68 takes place by corresponding action on the tube jacket 70.
  • the ring mouth piece 68 in FIG. 1 is shifted to the right, so that the gap widths of the ring openings 36 and 38 and thus the amount of primary air escaping are a minimum.
  • the conditions are reversed, i.e. H. the ring mouthpiece 68 is shifted to the left in FIG. 1, so that the ring openings 36 and 38 are opened to the maximum.
  • the discharge quantity of the "primary" and "secondary" primary air is correspondingly maximum.
  • the outermost gas or air flow through the ring channel 43 serves primarily to reduce the NO x content outside the flame in the combustion chamber 16. Furthermore, this flow limits the radial expansion of the flame and prevents deposits on the side walls of the combustion chamber 16.
  • Powdered fuel e.g. Carbon powder are blown in, mixed with secondary air or instead of the secondary air. This is particularly possible and expedient at full load when energy peaks occur.
  • the core of the device according to the invention is the configuration of the nozzle body 32 with the illustrated arrangement of the inlet openings 10 and 12 'for oil and solid fuels. This configuration is now described in more detail with reference to FIGS. 2 to 4.
  • the fuel inlet is formed by several, namely 16, inlet openings 10, 12 'arranged uniformly distributed over a circular circumference 11 or 13, the inlet openings 10 for liquid fuel, in particular oil, and the inlet openings 12' for solid fuel or a fuel emulsion alternating are arranged along the circumference.
  • the entry openings 10 for liquid fuel are directed radially outward along an inwardly offset circumference 13, while the inlet openings 12 'for solid fuel along an outer circumference 11 or closer to the combustion chamber 16 with respect to the longitudinal axis 14 of the combustion chamber 16 in the flow direction to the outside are inclined.
  • the mouthpieces 24 each comprise a ring with a triangular cross section, an annular edge 28 of this cross section defining or delimiting the inlet opening 12 ′ opening into the combustion chamber 16.
  • compressed air channels 30 are provided which are directed towards the inlet opening 12 ′ and are fluidly connected to the above-mentioned compressed air connecting lines or branches 20 within the nozzle body 32.
  • the fluid connection takes place via an outer annular space which is delimited on the one hand by the nozzle body and on the other hand by an annular groove 21 in the mouthpiece 24, the compressed air connecting line or branch opening into this annular space and also several, approximately uniformly over the circumference, to this annular space of the mouthpiece 24 connect compressed air channels 30 (see FIGS. 2 and 3).
  • the fuel flow is broken up with the formation of a "spray cone".
  • This effect is additionally supported by the injection of compressed air through the compressed air channels 30.
  • the formation of a “spray cone” can be varied or adjusted well to the respectively desired conditions or to the type and quality of the fuel to be burned. Due to the construction described, the fuel introduced is already distributed to several individual nozzles and additionally extremely “broken open” at these, with the result of maximum fine distribution and the creation of a maximum free or combustion-active surface.
  • the mouthpieces 24 are interchangeably arranged in the nozzle body, e.g. screwed in. This enables adaptation to the fuels to be burned.
  • the different nozzle bodies can differ in terms of inlet openings 12 ′ of different sizes and / or different numbers of compressed air channels 30 or differently dimensioned compressed air channels 30. It is also possible to use mouthpieces 24 whose ring edge 28 delimiting the inlet opening 12 'is somewhat rounded, stepped or flattened. However, a pointed ring edge 28 is best suited.
  • the central compressed air inlet 18 can also be arranged within an insert part 19 which can be screwed onto the end face of the nozzle body 32 facing the combustion chamber 16. In this way it is possible to change the free cross-section and the shape of the inlet 18 by using a different insert body 19 (see FIG. 2 in comparison to FIG. 1, where the shape of the inlet 18 corresponds approximately to that of the inlet opening 12 'for solid fuel ).
  • the central compressed air injection through the inlet 18 prevents deposits on the end face of the nozzle body 32 facing the combustion chamber.
  • the centrally recirculating combustion gases which are around 1500 to 1700 ° C., are deflected there and are carried back into the combustion chamber 16 by the fuel introduced, in particular by the solid fuel introduced through the inlet openings 12 ′.
  • the hot combustion gases cause the same to ignite immediately after the relatively cold fuels or fuel emulsion has escaped, so that the combustion process is started relatively close behind the fuel inlet 12 ′, this ignition being additionally supported by - especially during the starting phase the radially introduced oil (through the inlet openings 10).
  • the flame jacket is determined by the equilibrium between the centrifugal forces caused by the rotation as well as the negative pressure caused by the negative pressure prevailing outside the flame jacket in the region of the end wall 33 on the one hand and the counterforce caused by the central negative pressure in front of the nozzle body inside the flame jacket on the other hand.
  • the ring opening 40 is adjusted so that the speed of the exiting air is about 40 m / s.
  • the annular mouthpiece 68 is - as explained - shifted towards the combustion chamber 16, so that the annular gaps between the side walls 60, 62 and 64, 66 are reduced, whereby the quantity of the "primary" and “secondary” primary air escapes at a somewhat increased outlet velocity is reduced. Due to the somewhat increased exit velocity, in particular of the “secondary primary air” from the ring opening 38 directed towards the introduced fuel, a high break-open effect is obtained.
  • the primary air is divided at startup so that about 60 to 70%, preferably 90% thereof, from the ring opening 36 closest to the fuel inlet and only about 30 to 40%, preferably 10%, of the same flow out of the second next ring opening 38.
  • the ratio between «primary primary air» and «secondary primary air» is approximately 3: 7.
  • FIGS. 5 to 7 differs from that according to FIGS. 1 to 4 only by a different structure of the nozzle body. All other measures have remained the same and are also provided with the corresponding reference numerals, so that the description of the nozzle body with reference to FIGS. 6 and 7 can be used below.
  • the nozzle body 32 according to FIGS. 6 and 7 comprises a central feed line 34 for solid fuels, such as pulverized coal with or without water, oil or the like, a ring line 36 ′ concentrically surrounding this feed line for liquid fuel, such as oil or the like, and this oil ring line Concentrically surrounding compressed air supply 38 'in the form of several line bores arranged uniformly distributed over a circumference.
  • the feed lines 34 and 36 'for solid and liquid fuel open into radially directed inlet openings 10 and 12, which are alternately distributed evenly over the circumference, as can be clearly seen in FIG. Overall, just as in the embodiment according to FIGS. 1 to 4, eight inlet openings 10 and 12 are provided for solid and liquid fuel.
  • the compressed air bores 38 ' which extend parallel to the longitudinal axis 14 of the nozzle body 32 or the combustion chamber 16 and which are supplied with "primary primary air” from the gas or air duct 35 immediately surrounding the nozzle body 32, open into one radially open annular gap 22, which lies in the direction of flow behind the radially directed inlet openings 10, 12.
  • the annular gap 22 is formed by a cover disk 23 attached to the end face of the nozzle body 32, with the aforementioned radially extending annular gap 22 being released (see also FIG. 5).
  • the cover plate 23 has a flat end face 56, while the end face 58 of the nozzle body facing the combustion chamber 16 is frustoconical in accordance with FIGS. 1 to 4. A corresponding design of the end face 56 is of course conceivable.
  • the “primary primary air” flowing out radially through the annular gap 22 on the one hand causes a deposit of escaping solid or liquid fuel on the end face 56 and on the other hand deposits of fuels or fuel residues on the boundary wall 62 opposite the fuel inlet of the gas closest to the nozzle body 32. or air inlet opening 36 'safely avoided.
  • a central compressed air injection can be provided in accordance with the embodiment according to FIGS. 1 to 4.
  • the nozzle body 32 it is also conceivable to arrange the nozzle body 32 so that it can be pushed back and forth in the axial direction or in the direction of the longitudinal axis 14 within the gas register, whereby on the one hand the gap width of the ring opening 36 for the exit of the “primary primary air” and on the other hand the sinking of the nozzle body and thus the fuel inlet in the end wall 33 of the combustion chamber 16 are changeable or adjustable depending on the constitution of the fuel and the type of fuel.
  • the outer gas register for secondary air is not necessary for smaller burners.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen flüssiger und/oder fester Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. Patentanspruches 14.
  • Im Laufe der Jahre sind verschiedenste Varianten zum Verbrennen sowohl flüssiger Brennstoffe, wie Öl oder dergleichen als auch fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen in pulverisierter Form vorgeschlagen worden, wobei letztere meist mit einer Trägerflüssigkeit wie Wasser und/oder Öl vermischt als Emulsion in einen Verbrennungsraum eingeleitet werden. Die Einleitüng der Brennstoffe in den Verbrennungsraum erfolgt in der Regel unter Ausbildung eines rezirkulierenden Strömungsprofiles, wobei dieses durch eine rotierende äußere Luftströmung begrenzt wird. Die Verbrennung einer Suspension von pulverisierter Kohle in Flüssigkeit hat sich in der Praxis als relativ schwierig herausgestellt; vor allem galt es, Verstopfungen der in den Verbrennungsraum mündenden Bfennstoff-Eintrittsöffnungen bzw. Brennerdüsen zu verhindern. Auch war der Wirkungsgrad der Verbrennung begrenzt. Zur Überwindung dieser Probleme wird in der DD-PS 145316 ein Brenner vorgeschlagen, welcher eine Kombination eines sogenannten Rotationsbrenners mit einem Toroidal-Brenners darstellt. Versuche haben jedoch gezeigt, daß auch mit diesem Brenner sich nur relativ geringe Wirkungsgrade erzielen lassen, vor allem in der kritischen Startphase. Der Grund liegt vermutlich darin, daß die Zerstäubung der Brennstoffe unzulänglich ist, so daß gerade in der Startphase Entzündungsprobleme auftreten. Auch ist die Anreicherung bzw. Vermischung der Brennstoffe mit Luft mangelhaft, worunter ebenfalls der Wirkungsgrad leidet.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen flüssiger und/oder fester Brennstoffe in pulverisierter Form zu schaffen, bei dem bzw. mit der aufgrund guter Vermischung der verschiedenartigen Brennstoffe auf minimaler Distanz im Verbrennungsraum eine praktisch vollständige Verbrennung möglich ist, wobei die Verbrennung auch bei Zufuhr fester Brennstoffe in trockener Form mit hohem Wirkungsgrad aufrechterhalten werden kann, und bei dem bzw. mit der auch eine besonders leichte Zündung erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruches 14 gelöst.
  • Durch die Erfindung werden die Brennstoffe fein verteilt in den Verbrennungsraum eingeleitet. Feste und flüssige Brennstoffe werden unmittelbar nach der Einleitung in den Verbrennungsraum miteinander vermischt, wodurch gerade in der Startphase die Verbrennung leicht in Gang gesetzt werden kann. Die Brennstoffe werden durch jeweils eine (kleine Brenner) oder mehrere Düsen fein verteilt in Form von Sprühkegeln in den Verbrennungsraum eingeleitet, wobei durch die abwechselnde Anordnung von Düsen bzw. Eintrittsöffnungen für feste und flüssige Brennstoffe eine gute Vermischung derselben und damit leichte Zündung erreicht wird. Insbesondere werden die eingeleiteten Brennstoffe «aufgebrochen» in kleinste Brennstoffpartikel bzw. -tröpfchen. Man erhält auf diese Weise eine maximale Brennstoffoberfläche, wodurch die praktisch vollständige Verbrennung auf extrem kurzer Distanz erreicht wird. Entsprechend kurz kann der Verbrennungsraum gebaut sein.
  • Nach dem Start ist es möglich, die Ölzufuhr stark zu drosseln oder gar abzustellen und nur noch die in den Verbrennungsraum eingeleitete Kohle oder dergleichen trocken oder vermischt mit Wasser, Öl usw. zu verbrennen. In diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn die äußere Luftströmung eine Temperatur von etwa 100 °C besitzt. Wenn die Temperatur der äußeren Luftströmung niedriger als 100 °C ist, ist es zweckmäßig, zusätzlich wieder Öl einzuleiten, um einen hohen Verbrennungswirkungsgrad aufrechtzuerhalten.
  • Auch ist es möglich, die Kohlezufuhr - oder dergleichen - abzusperren und nur Öl zu verbrennen, insbesondere Schweröle. Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung (Brenner) eignet sich also sowohl zur Verbrennung von festen Brennstoffen als auch von flüssigen Brennstoffen, und zwar getrennt voneinander oder in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis.
  • Bevorzugte verfahrenstechnische und vorrichtungstechnische Maßnahmen sind in den Ansprüchen 2 bis 13 bzw. 15 bis 28 näher beschrieben. Von besonderer Bedeutung ist dabei die zentrale Einblasung von Druckluft in den Verbrennungsraum, wodurch Ablagerungen an der dem Verbrennungsraum zugewandten Stirnfläche der Brennerdüse sicher vermieden werden, bedingt durch die zentrale Rezirkulation der heißen Verbrennungsgase und der durch diese mitgeführten unverbrannten Brennstoffpartikel. Gleichermaßen wird durch die Maßnahme nach den Ansprüchen 5 bzw. 15, d.h. durch die radiale Drucklufteinblasung verhindert, daß in den Verbrennungsraum eintretende Kohle- oder Ölpartikel sich auf Grund des im Zentrum unmittelbar hinter der Brennerdüse bzw. dem Düsenkörper herrschenden Unterdrucks an der dem Verbrennungsraum zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers ablagern.
  • Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden bei in der Stirnwand des Verbrennungsraumes versenkter Anordnung des Düsenkörpers bzw. Brennstoffeinlasses Ablagerungen an der dem Brennstoffeinlaß gegenüberliegenden und die dem Brennstoffeinlaß nächstliegende Luftströmung begrenzenden Seitenwand sicher vermieden.
  • Von besonderer Bedeutung für eine optimale Verbrennung sind noch die konstruktiven Maßnahmen nach den Ansprüchen 20 und 21. Durch diese Merkmale wird der in den Verbrennungsraum eingeleitete pulverisierte Brennstoff regelrecht aufgebrochen und aufgefächert. Man erhält eine hohe Feinverteilung der Brennstoffe und damit schnelle Entflammung, vor allem bei Vermischung mit flüssigem Brennstoff wie Öl oder dergleichen.
  • Ferner sind von Bedeutung die Maßnahmen nach den Ansprüchen 23 bis 28, die die äußere Luftströmung betreffen und durch die die Verbrennung ganz wesentlich beeinflußt werden kann, insbesondere auch das Strömungsprofil hinter dem Brennstoffeinlaß. Durch diese Maßnahmen wird eine spontane Auffächerung der in den Verbrennungsraum eingeleiteten Brennstoffe unterstützt. Vor allem wird dadurch ein hohlkegelartiges Strömungsprofil erzielt, das eine etwa glocken- bzw. apfelförmige Gestalt annimmt. Die Form des Strömungsprofils wird bestimmt durch das Gleichgewicht der auf die Brennstoffe einwirkenden Zentrifugalkräfte und zentralen «Unterdruck»-Kräfte.
  • Wird als Trägerflüssigkeit für die festen pulverisierten Brennstoffe Wasser verwendet, hat die zentrale Rezirkulation eines Teils heißer Verbrennungsgase zusätzlich den ganz großen Vorteil, daß dabei auch ein Teil dissoziierten Wassers und damit freigewordener Sauerstoff zentral zum Brennstoffeinlaß zurückströmt, wodurch die Verbrennung zusätzlich vom Inneren des hohlen Brennstoff-Sprühkegels her initiiert wird.
  • Beim Start der Verbrennung wird vorzugsweise nur reines Öl eingespritzt, um dann zunehmend pulverisierte feste Brennstoffe einzuleiten. Wie dargelegt, kann dann bei ausreichend hoher Temperatur der äußeren Luftströmung sowie auch der zentral eingeblasenen Druckluft und gegebenenfalls der dem festen Brennstoff beigemischten Druckluft die Ölzufuhr ganz abgeschaltet werden. Beim Abschalten der Verbrennung wird umgekehrt vorgegangen. Es wird zunehmend der pulverisierte Brennstoff weggenommen, bis schließlich nur noch Öl als Brennstoff übrig bleibt.
  • Dadurch wird beim Abschalten eine Verklumpung oder Verstopfung der Eintrittsöffnungen für feste Brennstoffe sicher vermieden.
  • Wie ferner oben dargelegt worden ist, eignet sich die erfindungsgemäße Lösung auch ganz ausgezeichnet zur Verbrennung von Öl, insbesondere Schweröl. Man erhält auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahmen eine höchste Feinverteilung bzw. Zerstäubung des in den Verbrennungsraum eingeleiteten Öls und damit eine extrem große freie Verbrennungsfläche mit der Folge, daß auf kürzester Distanz eine nahezu vollständige Verbrennung erhalten wird.
  • Als feste Brennstoffe kommen vornehmlich Kohle in Frage, z.B. Steinkohle, bitumenhaltige Kohle, gasreiche Kohle oder ein Gemisch davon.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. einen Teil einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Brennerteil) im schematischen Längsschnitt,
    • Fig.2 den Düsenkörper der Vorrichtung nach Figur 1 im Längsschnitt,
    • . Fig. den Düsenkörper nach Figur 2 in Vorderansicht,
    • Fig.4 den Einlaß für feste Brennstoffe bzw. Brennstoffemulsion im Schnitt und vergrößertem Maßstab,
    • Fig. 5 einen Teil einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Brennerteil) im schematischen Längsschnitt,
    • Fig.6 den Düsenkörper der Vorrichtung nach Figur 5 im Längsschnitt, und
    • Fig.7 den Düsenkörper nach Figur 6 im Querschnitt längs Linie VII-VII.
  • Der in Figur 1 im schematischen Längsschnitt dargestellte Öl- und/oder Kohlebrenner weist einen Düsenkörper 32 mit in den Verbrennungsraum 16 mündenden Brennstoff-Eintrittsöffnungen 10, 12' auf, der in der Stirnwand 33 des Verbrennungsraums versenkt angeordnet ist und von mehreren Gaskanälen 35, 37, 39, 41 und 43 konzentrisch umgeben ist. Der den Düsenkörper 32 unmittelbar umgebende Gaskanal 35 mündet in den Verbrennungsraum 16 durch eine Eintrittsöffnung 36, die dem Brennstoffeinlaß nächstgelegen ist. Durch den Kanal 35 strömt eine sogenannte «primäre Primärluft», die mit Verbrennungsgasen höherer Temperatur angereichert sein kann, wobei das aus der Öffnung 36 austretende Gas eine Strömungsgeschwindigkeit von 100 bis 200m/s vorzugsweise etwa 130 m/s, besitzt. Die die Öffnung 36 begrenzenden Seitenwandungen 60 und 62 sind jeweils kegelförmig ausgebildet unter Ausbildung einer Ringdüse. Unmittelbar vor dem Austritt des «primären Primärgases» wird dieses durch Drallelemente 46 in Form von Leitschaufeln um etwa 70° umgelenkt und damit in Rotation um die Längsachse 14 des Düsenkörpers bzw. Verbrennungsraums versetzt. Das primäre Primärgas wird in den Gaskanal 35 mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule eingeblasen.
  • Der Gaskanal 35 wird von einem weiteren Gaskanal 37 konzentrisch umgeben, dessen ringförmige, in den Verbrennungsraum 16 mündende Eintrittsöffnung 38 ebenfalls durch kegelförmige Seitenwandungen 64 und 66 begrenzt ist. Die Seitenwandungen 64, 66 sind jedoch so gerichtet, daß sie der aus der Ringöffnung 38 austretenden Gasströmung ein kegelartiges Strömungsprofil aufprägen, das das entgegengerichtete Strömungsprofil der Brennstoffe sowie der aus der Ringöffnung 36 austretenden «Primären Primärluft» durchdringt. Dadurch und durch die Zurückversetzung des Brennstoffeinlasses und der Ringöffnung 36 für die primäre Primärluft gegenüber der Ringöffnung 38 für die sogenannte «sekundäre Primärluft» wird durch die aus dieser Ringöffnung austretende Gas- bzw. Luftströmung ein Aufbrechen des Strömungsprofils des sich bereits in Rotation befindenden Brennstoffs bzw. Brennstoffgemisches erreicht, also eine zusätzliche Vergrößerung der freien Oberfläche des Brennstoffes kurz nach dem Austritt aus dem Düsenkörper bzw. kurz nach Eintritt in den Verbrennungsraum 16 erzielt.
  • Vor Austritt der den Gaskanal 37 durchströmenden sogenannten «sekundären Primärluft» wird diese ebenfalls durch im Bereich der Ringöffnung 38 angeordnete Drallelemente 48 in Form von Leitschaufeln umgelenkt, und zwar um etwa 40 bis 45° zur Längsachse 14, also in Rotation um die Längsachse 14 versetzt. Die Austrittsgeschwindigkeit der «sekundären Primärluft» beträgt etwa 120 bis 180 m/s, vorzugsweise 140 m/s. Die Ringspaltweite der Öffnung 38 ist ebenso wie die Ringspaltweite der Öffnung 36 durch Veränderung der Relativlage der sie begrenzenden Seitenwandungen 64, 66 veränderbar. In entsprechender Weise ist natürlich die Austrittsgeschwindigkeit der «sekundären Primärluft» variabel. Auch die «sekundäre Primärluft» wird mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule in den Ringkanal 37 eingeblasen. Die Ablenkung der «sekundären Primärluft» durch die Drallelemente 48 erfolgt in der gleichen Richtung wie die Ablenkung der «primären Primärluft» durch die im Bereich der Öffnung 36 angeordneten Drallelemente 46.
  • Die «sekundäre Primärluft» ist vorzugsweise nicht mit heißen Verbrennungsgasen angereichert, da sie weniger als Trägermedium für den in den Verbrennungsraum 16 eingeleiteten Brennstoff dient als vielmehr zur Vergrößerung der freien Oberfläche desselben und der Anreicherung bzw. Versorgung der Brennstoffpartikel bzw. -tröpfchen mit Sauerstoff.
  • Der den Düsenkörper 32, den diesen unmittelbar umgebenden Ringkanal 35 und den von der «sekundären Primärluft» durchströmten Ringkanal 37 umfassende Bauteil ist als Ganzes in die Stirnwand 33 des Verbrennungsraums 16 bzw. in das noch zu beschreibende Gasregister 39, 41, 43 einsetzbar und somit auch leicht durch ein entsprechendes, etwas modifiziertes Bauteil austauschbar.
  • Der Gaskanal 37 für die «sekundäre Primärluft» ist wiederum von einem konzentrischen Gaskanal 39, dieser von einem weiteren Gaskanal 41 und dieser schließlich noch von einem Gaskanal 43 jeweils konzentrisch umgeben. Die entsprechenden in den Verbrennungsraum 16 mündenden Ringöffnungen sind mit den Bezugsziffern 40, 42 und 44 gekennzeichnet. Die Ringkanäle 39, 41 und 43 werden selektiv, vorzugsweise von Luft, durchströmt, wobei die Einblasung unter einem Druck von etwa 200 bis 300 mm Wassersäule erfolgt. Vor dem Austritt der Luft aus den ringförmigen Gas- bzw. Lufteintrittsöffnungen 40, 42, 44 wird diese durch im Bereich der Öffnungen angeordnete Drallelemente 50, 52, 54 in Form von Leitblechen umgelenkt und somit um die Längsachse 14 in Rotation versetzt, und zwar in derselben Richtung wie die «primäre Primärluft» bzw. «sekundäre Primärluft» durch die Drallelemente 46 und 48.
  • Durch die Drallelemente 50 erfolgt eine Umlenkung der Gas- bzw. Luftströmung um etwa 70°. Die Drallelemente 52 und 54 bewirken eine Umlenkung der Gas- bzw. Luftströmung um etwa 40 bis 50° bzw. 0 bis 40°. Sämtliche Drallelemente, insbesondere die äußersten Drallelemente 54 sind hinsichtlich ihrer Winkelstellung veränderbar und damit an den zu verbrennenden Brennstoff bzw. Brennstoffgemisch anpaßbar.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit der aus der Ringöffnung 40 austretenden Luft beträgt beim Start der Verbrennung etwa 40 m/s, bei Vollast etwa 70m/s. Die Strömungsgeschwindigkeit der aus den Ringöffnungen 42 und 44 austretenden Luft variiert zwischen 0 m/s beim Start der Verbrennung bis 70 m/s bei Vollast.
  • Die Austrittsgeschwindigkeiten der «primären Primärluft» und «sekundären Primärluft» bleiben in allen Betriebszuständen zwischen Start und Vollast etwa gleich. Nur die Austrittsmenge bzw. der Durchsatz werden verändert durch entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung der Spaltweiten der Ringöffnungen bzw. Ringspalte 36 und 38. Die Veränderung der Spaltweiten erfolgt gleichermaßen. Zu diesem Zweck ist ein zwischen den beiden Ringöffnungen bzw. Spalten 36 und 38 angeordnetes Ringmundstück 68, das die beiden benachbarten bzw. einander zugewandten Seitenwandungen 62 und 64 der beiden Ringöffnungen 36 und 38 umfaßt, in axialer Richtung bzw. in Richtung der Längsachse 14 hin- und herverschiebbar gelagert. Das Ringmundstück 68 ist bei der Ausführungsform nach Figur 1 mit dem die beiden Primärluft-Kanäle 35, 37 voneinander trennenden Rohrmantel 70 verbunden, so daß die axiale Verschiebung des Ringmundstücks 68 durch entsprechende Einwirkung auf den Rohrmantel 70 erfolgt. Beim Start wird das Ringmund- .stück 68 in Figur 1 nach rechts verschoben, so daß die Spaltweiten der Ringöffnungen 36 und 38 und damit die Menge der austretenden Primärluft ein Minimum sind. Bei Vollast sind die Verhältnisse umgekehrt, d. h. das Ringmundstück 68 ist in Figur 1 nach links verschoben, so daß die Ringöffnungen 36 und 38 maximal geöffnet sind. Entsprechend maximal ist die Austrittsmenge der «primären» und «sekundären» Primärluft.
  • Die äußerste Gas- bzw. Luftströmung durch den Ringkanal 43 dient vor allem zur Reduzierung des NOx-Gehalts außerhalb der Flamme im Verbrennungsraum 16. Ferner begrenzt diese Strömung die radiale Ausdehnung der Flamme und verhindert Ablagerungen an den Seitenwänden des Verbrennungsraumes 16.
  • Durch den Ringkanal 39 kann auch pulverisierter Brennstoff, z.B. Kohlepulver eingeblasen werden, und zwar vermischt mit Sekundärluft oder anstatt der Sekundärluft. Dies ist insbesondere bei Vollast möglich und zweckmäßig, wenn Energiespitzen auftreten.
  • Das Kernstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Konfiguration des Düsenkörpers 32 mit der dargestellten Anordnung der Eintrittsöffnungen 10 und 12' für Öl und feste Brennstoffe. Diese Konfiguration wird nun anhand der Figuren 2 bis 4 näher beschrieben.
  • Der Brennstoffeinlaß ist durch mehrere, nämlich 16, gleichmäßig über einen Kreisumfang 11 bzw. 13 verteilt angeordnete Eintrittsöffnungen 10, 12' gebildet, wobei die Eintrittsöffnungen 10 für flüssigen Brennstoff, insbesondere Öl, und die Eintrittsöffnungen 12' für festen Brennstoff bzw. eine Brennstoffemulsion abwechselnd längs des Umfangs angeordnet sind. Die Eintrittsöffnungen 10 für flüssigen Brennstoff sind längs eines nach innen versetzten Kreisumfanges 13 radial nach außen gerichtet, während die Eintrittsöffnungen 12'für festen Brennstoff längs eines weiter außen liegenden bzw. dem Verbrennungsraum 16 näherliegenden Kreisumfangs 11 bezogen auf die Längsachse 14 des Verbrennungsraumes 16 in Strömungsrichtung nach außen geneigt gerichtet sind.
  • Ferner ist ein zentraler Einlaß 18, der sich koaxial zur Längsachse des Düsenkörpers 32 bzw. Verbrennungsraums 16 erstreckt, zum Einblasen von Druckluft vorgesehen. Dadurch wird eine Ablagerung von Kohle oder Kohlenstaub an der dem Verbrennungsraum zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers 32 sicher vermieden. Vor dem zentralen Druckluft-Einlaß 18 zweigen Verbindungsleitungen 20 ab, die an den Eintrittsöffnungen 12' für festen Brennstoff münden, und zwar konkret in die Eintrittsöffnungen 12' für festen Brennstoff jeweils bildende Mundstücke 24 (siehe Figuren 2 und 4). Die Mundstücke 24 umfassen jeweils einen Ring mit dreieckförmigem Querschnitt, wobei eine Ringkante 28 dieses Querschnitts die in den Verbrennungsraum 16 mündende Eintrittsöffnung 12' definiert bzw. begrenzt. In den Mundstücken 24 sind auf die Eintrittsöffnung 12' gerichtete Druckluftkanäle 30 vorgesehen, die mit den oben erwähnten Druckluft-Verbindungsleitungen bzw. Abzweigungen 20 innerhalb des Düsenkörpers 32 fluidverbunden sind. Die Fluidverbindung erfolgt dabei über einen äußeren Ringraum, der einerseits durch den Düsenkörper und andererseits durch eine Ringnut 21 im Mundstück 24 begrenzt ist, wobei in diesen Ringraum die Druckluft-Verbindungsleitung bzw. Abzweigung mündet und ferner an diesen Ringraum mehrere, etwa gleichmäßig über den Umfang des Mundstücks 24 verteilt angeordnete Druckluftkanäle 30 anschließen (siehe Figuren 2 und 3).
  • Durch die relativ spitze bzw. scharfe Ringkante 28, durch die die Eintrittsöffnung 12' für festen Brennstoff begrenzt ist, wird die Brennstoff-Strömung unter Ausbildung eines «Sprühkegels» aufgebrochen. Dieser Effekt wird zusätzlich durch die Einblasung von Druckluft durch die Druckluftkanäle 30 hindurch unterstützt. Mittels der eingeblasenen Druckluft kann die Ausbildung eines «Sprühkegels» gut variiert bzw. eingestellt werden an die jeweils gewünschten Bedingungen bzw. an die Art und Qualität des Brennstoffs, den es zu verbrennen gilt. Durch die beschriebene Konstruktion wird der eingeleitete Brennstoff also bereits auf mehrere Einzeldüsen verteilt und an diesen zusätzlich extrem «aufgebrochen» mit der Folge einer maximalen Feinverteilung und der Entstehung einer maximalen freien bzw. verbrennungsaktiven Oberfläche.
  • Vorzugsweise sind die Mundstücke 24 auswechselbar im Düsenkörper angeordnet, z.B. eingeschraubt. Damit ist eine Anpassung an die zu verbrennenden Brennstoffe möglich. Die verschiedenen Düsenkörper können sich durch unterschiedlich große Eintrittsöffnungen 12' und/oder unterschiedlich große Anzahl von Druckluftkanälen 30 bzw. unterschiedlich dimensionierte Druckluftkanäle 30 unterscheiden. Auch ist es möglich, Mundstücke 24 einzusetzen, deren die Eintrittsöffnung 12' begrenzende Ringkante 28 etwas abgerundet, gestuft oder abgeflacht ist. Am besten eignet sich jedoch eine spitz auslaufende Ringkante 28.
  • Der zentrale Drucklufteinlaß 18 kann ebenfalls innerhalb eines Einsatzteils 19 angeordnet sein, der an der dem Verbrennungsraum 16 zugewandten Stirnseite des Düsenkörpers 32 einschraubbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, durch Verwendung eines anderen Einsatzkörpers 19 den freien Querschnitt sowie die Form des Einlasses 18 zu verändern (siehe Figur 2 im Vergleich zu Figur 1, wo die Form des Einlasses 18 etwa derjenigen der Eintrittsöffnung 12' für festen Brennstoff entspricht).
  • Wie bereits dargelegt, werden durch die zentrale Drucklufteinblasung durch den Einlaß 18 Ablagerungen an der dem Verbrennungsraum zugewandten Stirnfläche des Düsenkörpers 32 vermieden. Die zentral rezirkulierenden etwa 1500 bis 1700 °C heißen Verbrennungsgase erfahren dort eine Umlenkung und werden vom eingeleiteten Brennstoff, insbesondere vom durch die Eintrittsöffnungen 12' eingeleiteten Fest-Brennstoff wieder zurück in den Verbrennungsraum 16 mitgerissen. Die heißen Verbrennungsgase bewirken dabei unmittelbar nach dem Austritt der relativ kalten Brennstoffe bzw. Brennstoffemulsion eine Entflammung derselben, so daß der Verbrennungsvorgang relativ nahe hinter dem Brennstoffeintritt 12' in Gang gesetzt wird, wobei diese Entflammung zusätzlich - vor allem während der Startphase - unterstützt wird durch das radial eingeleitete Öl (durch die Eintrittsöffnungen 10). Der Flammenmantel wird bestimmt durch das Gleichgewicht zwischen den durch die Rotation bedingten Zentrifugalkräften sowie den durch den außerhalb des Flammenmantels im Bereich der Stirnwand 33 herrschenden Unterdruck bedingten Kräften einerseits und den durch den zentralen Unterdruck vor dem Düsenkörper innerhalb des Flammenmantels bedingten Gegenkräften andererseits.
  • Beim Starten der Verbrennung werden die beiden äußeren Gas- bzw. Luftkanäle 52, 54 geschlossen. Die Ringöffnung 40 wird so eingestellt, daß die Geschwindigkeit der austretenden Luft etwa 40 m/s beträgt. Das Ringmundstück 68 wird - wie dargelegt - in Richtung zum Verbrennungsraum 16 hin verschoben, so daß die Ringspalte zwischen den Seitenwandungen 60, 62 bzw. 64, 66 verkleinert werden, wodurch die Austrittsmenge der «primären» und «sekundären» Primärluft bei etwas erhöhter Austrittsgeschwindigkeit reduziert wird. Durch die etwas erhöhte Austrittsgeschwindigkeit insbesondere der «sekundären Primärluft» aus der zum eingeleiteten Brennstoff hin gerichteten Ringöffnung 38 wird ein hoher Aufbrecheffekt erhalten. Die Primärluft wird beim Start so aufgeteilt, daß etwa 60 bis 70%, vorzugsweise 90% derselben, aus der dem Brennstoffeinlaß am nächsten gelegenen Ringöffnung 36 und nur etwa 30 bis 40% vorzugsweise 10% derselben aus der zweitnächsten Ringöffnung 38 ausströmen.
  • Bei Vollast beträgt bei erhöhter Gesamtmenge der Primärluft das Mengenverhältnis zwischen «primärer Primärluft» und «sekundärer Primärluft» etwa 3:7. Diese Ausführungen zeigen, daß beim Start eine konzentrierte starke Gasströmung in unmittelbarer Umgebung des eingeleiteten Brennstoffs benötigt wird, um diesen aufzubrechen und damit die Verbrennung aufgrund der vergrößerten Oberfläche des Brennstoffs leichter in Gang bringen zu können. Das Aufbrechen des Brennstoffs in kleinste Partikel bzw. Tröpfchen wird zusätzlich erleichtert durch die Tatsache, daß der Brennstoff durch eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen in den Verbrennungsraum eingeleitet wird. Der relativ kompakte Brennstoff wird also bereits aufgeteilt in den Verbrennungsraum eingeleitet bzw. eingespritzt, wobei eine erste Aufbrechung im Bereich der Eintrittsöffnungen stattfindet und eine sekundäre Aufbrechung durch die äußere Gas- bzw. Luftströmung. Die beschriebene Änderung des Mengenverhältnisses zwischen «primärer» und «sekundärer» Primärluft bei gleichzeitiger Änderung der Kapazität bzw. Austrittsmenge insgesamt erhält man in einfacher Weise durch entsprechende Konfiguration des axial beweglichen Ringmundstücks 68, z. B. wie in Figur 1 oder 5 dargestellt mit jeweils etwa trapezförmigem Querschnitt.
  • Wie oben bereits dargelegt worden ist, ist die Ablenkung der radial äußersten Einzel-Gas- bzw. Luftströmung durch die Leitschaufeln bzw. Drallelemente 54 geringer und kann sogar 0 betragen. Dadurch wird ganz erheblich die radiale Ausdehnung des Flammenmantels beeinflußt.
  • Die oben erwähnte Beimischung von Verbrennungsgasen zu der «primären Primärluft» hat zwei Vorteile. Zum einen läßt sich sowohl der flüssige als auch der feste Brennstoff längs ihrer Wege durch die Kanäle 34, 36, 38 vorwärmen. Zum anderen kann eine gewisse Nachverbrennung und damit ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Diese beiden Vorteile wiegen den Nachteil eines geringeren Sauerstoffanteils auf. Bei reiner Kohleverbrennung ist es jedoch zweckmäßig, auf die Beimischung von Verbrennungsgasen zu verzichten. Im übrigen könnte der Nachteil eines geringeren Sauerstoffanteils durch eine Sauerstoffanreicherung der übrigen Einzel-Gas- bzw. Luftströmungen («Sekundärluft») kompensiert werden. Bei Verbrennungen eines Kohle-Wasser-Gemisches werden vorzugsweise Benetzungsmittel zugesetzt, die eine gleichmäßige Verteilung der Kohlepartikel im Wasser gewährleistet.
  • Die Ausführungsform nach den Figuren 5 bis 7 unterscheidet sich von derjenigen nach den Figuren 1 bis 4 nur durch einen unterschiedlichen Aufbau des Düsenkörpers. Alle übrigen Maßnahmen sind gleich geblieben und auch mit den entsprechenden Bezugsziffern versehen, so daß man sich nachstehend mit der Beschreibung des Düsenkörpers anhand der Figuren 6 und 7 beschränken kann.
  • Der Düsenkörper 32 nach den Figuren 6 und 7 umfaßt eine zentrale Zuleitung 34 für feste Brennstoffe, wie pulverisierte Kohle mit oder ohne Wasser, Öl oder dergleichen, eine diese Zuleitung konzentrisch umgebende Ringleitung 36' fürflüssigen Brennstoff, wie Öl oder dergleichen sowie diese Öl-Ringleitung konzentrisch umgebende Druckluft-Zuführung 38' in Form von mehreren gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilt angeordneten Leitungsbohrungen. Die Zuleitungen 34 und 36' für festen und flüssigen Brennstoff münden in radial gerichtete Eintrittsöffnungen 10 bzw. 12, die abwechselnd gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, wie Figur 7 gut erkennen läßt. Insgesamt sind ebenso wie bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 jeweils acht Eintrittsöffnungen 10 bzw. 12 für festen und flüssigen Brennstoff vorgesehen.
  • Die Druckluft-Bohrungen 38', die sich parallel zur Längsachse 14 des Düsenkörpers 32 bzw. des Verbrennungsraums 16 erstrecken und die mit «primärer Primärluft» aus dem den Düsenkörper 32 unmittelbar umgebenden Gas- bzw. Luftkanal 35 mit Druckluft versorgt werden, münden in einen radial offenen Ringspalt 22, der in Strömungsrichtung hinter den radial gerichteten Eintrittsöffnungen 10, 12 liegt. Der Ringspalt 22 wird durch eine an die Stirnseite des Düsenkörpers 32 angesetzte Abdeckscheibe 23 gebildet, und zwar unter Freilassung des erwähnten, sich radial erstreckenden Ringspaltes 22 (siehe auch Figur 5).
  • Die Abdeckplatte 23 hat eine flache Stirnfläche 56, während die dem Verbrennungsraum 16 zugewandte Stirnfläche 58 des Düsenkörpers nach den Figuren 1 bis 4 kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Selbstverständlich ist eine entsprechende Ausbildung der Stirnfläche 56 denkbar.
  • Durch die durch den Ringspalt 22 radial ausströmende «primäre Primärluft» wird zum einen eine Ablagerung von austretendem festen oder flüssigen Brennstoff an der Stirnfläche 56 und zum anderen eine Ablagerung von Brennstoffen oder Brennstoffresten an der dem Brennstoffeinlaß gegenüberliegenden Begrenzungswand 62 der dem Düsenkörper 32 nächstgelegenen Gas- bzw. Lufteintrittsöffnung 36' sicher vermieden. Zusätzlich kann bei der Ausführungsform nach den Figuren 5 bis 7 eine zentrale Drucklufteinblasung entsprechend der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 vorgesehen sein.
  • Es ist auch denkbar, den Düsenkörper 32 in axialer Richtung bzw. in Richtung der Längsachse 14 hin- und herverschiebbar innerhalb des Gasregisters anzuordnen, wodurch zum einen die Spaltweite der Ringöffnung 36 für den Austritt der «primären Primärluft» und zum anderen die Versenkung des Düsenkörpers und damit des Brennstoffeinlasses in der Stirnwand 33 des Verbrennungsraums 16 veränderbar bzw. einstellbar sind abhängig von der Konstitution des Brennstoffs und der Art des Brennstoffs.
  • Bei kleineren Brennern ist das äußere Gasregister für Sekundärluft entbehrlich.

Claims (28)

1. Verfahren zum Verbrennen flüssiger Brennstoffe, wie ÖI oder dergleichen, und/oder fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulverisierter Form, wobei letztere trocken oder mit einer Trägerflüssigkeit wie Wasser und/oder Öl vermischt als Emulsion zusammen mit dem flüssigen Brennstoff unter Ausbildung eines rezirkulierenden Strömungsprofiles in einen Verbrennungsraum eingeleitet werden und dieses Strömungsprofil durch eine rotierende äußere Luftströmung begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die festen und flüssigen Brennstoffe getrennt und - bei mehreren Brennstoffeintritten abwechselnd - in vorbestimmtem Winkelabstand voneinander längs unterschiedlicher Kreisumfänge in den Verbrennungsraum eingeleitet werden, wobei die Einleitung des flüssigen Brennstoffs gegenüber derjenigen festen Brennstoffs, bezogen auf die Längsachse des Verbrennungsraums, längs des radial äußeren Kreisumfangs erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die festen als auch flüssigen Brennstoffe bezogen auf die Längsachse des Verbrennungsraums radial nach außen hin gerichtet in den Verbrennungsraum eingeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste und/oder flüssige Brennstoff bezogen auf die Längsachse des Verbrennungsraums in Strömungsrichtung nach außen hin geneigt in den Verbrennungsraum eingeleitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zentral Druckluft in den Verbrennungsraum eingeblasen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft in unmittelbarer Nähe des Brennstoffeintritts radial in den Verbrennungsraum eingeblasen wird, wobei die Einblasung vorzugsweise etwa gleichmäßig über den Umfang eines Ringspaltes oder dergleichen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den festen Brennstoffen bzw. der Brennstoffemulsion beim Eintritt in den Verbrennungsraum zusätzlich noch Druckluft beigemischt wird, vorzugsweise unmittelbar vor dem Eintritt in den Verbrennungsraum unter gleichzeitiger Aufbrechung des zugeführten Brennstoffes.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft gegen den zugeführten Brennstoff gerichtet wird, insbesondere in Strömungsrichtung des Brennstoffs geneigt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Luftströmung in mehreren konzentrischen Teilströmungen in den Verbrennungsraum eingeblasen wird, wobei die Teilströmungen hinsichtlich Durchsatz jeweils variierbar sind und ihre Strömungsgeschwindigkeiten von innen nach außen abnehmen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der dem Brennstoffeintritt am nächsten gelegenen Luftströmung Verbrennungsgase zugemischt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start der Verbrennung der Luftdurchsatz etwa 20 bis 40% des Durchsatzes bei Vollast beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem Brennstoffeintritt nächst gelegenen Luftströmungen eine etwa gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit bei allen Betriebszuständen aufweisen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung der dem Brennstoffeintritt benachbarten Luftströmung («primäre Primärluft») in einem Winkel von etwa 10 bis 30°, vorzugsweise 15°, zur Radialen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die radial weiter außen liegende Gasströmung («sekundäre Primärluft») so gerichtet wird, daß ein auf das Brennstoff-Strömungsprofil, das etwa hohlkegelförmig ausgebildet ist, hin gerichtetes hohlkegelförmiges Gas- bzw. Luft-Strömungsprofil entsteht, das das Brennstoffströmungsprofil zu durchdringen versucht und aufbricht.
14. Vorrichtung zum Verbrennen flüssiger Brennstoffe, wie Öl oder dergleichen, und/oder fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, die in pulverisierter Form entweder trocken oder mit einer Trägerflüssigkeit, wie Wasser und/oder Öl, vermischt als Emulsion zusammen mit dem flüssigen Brennstoff durch einen Einlaß hindurch in einen Verbrennungsraum einleitbar sind, wobei der Brennstoff-Einlaß konzentrisch von einem Lufteintritt umgeben ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffeinlaß durch jeweils eine oder mehrere etwa gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilt angeordnete Eintrittsöffnungen (10, 12 bzw. 10,12') gebildet ist, wobei die Eintrittsöffnungen (10) für flüssigen Brennstoff und die Eintrittsöffnungen (12 bzw. 12') für festen Brennstoff bzw. Brennstoffemulsion abwechselnd längs unterschiedlicher Kreisumfänge (11 und 13) angeordnet sind, derart, daß die Eintrittsöffnungen (10) für den flüssigen Brennstoff gegenüber denen für festen Brennstoff auf dem bezogen auf die Längsachse (14) des Verbrennungsraums (16), äußeren Kreisumfang liegen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen entweder radial (10, 12) und/oder in Strömungsrichtung bezogen auf die Längsachse (14) des Verbrennungsraums (16) nach außen geneigt (12') gerichtet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Einlaß (18) für Druckluft vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß vom zentralen Drucklufteinlaß (18) bzw. von der zu diesem führenden Druckluftleitung (38) Verbindungsleitungen (20) zum Einlaß (Eintrittsöffnungen 12') für festen Brennstoff abzweigen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (20) am Brennstoffeinlaß unmittelbar vor den Eintrittsöffnungen (12') münden, und zwar vorzugsweise in Strömungsrichtung des zugeführten Brennstoffs geneigt gegen diesen gerichtet.
19. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein in radialer Richtung offener Ringspalt (22) als Drucklufteinlaß versehen ist, und zwar vorzugsweise in Strömungsrichtung hinter dem Brennstoffeinlaß (Eintrittsöffnungen 10, 12).
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß für feste Brennstoffe durch ein Mundstück (2) gebildet ist mit einer in den Verbrennungsraum (16) mündenden Eintrittsöffnung (12'), die durch die Kante (28) eines Ringabschnitts (26) mit etwa dreieckförmigem Querschnitt begrenzt ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (24) auf die Eintrittsöffnung (12') gerichtete Druckluftkanäle (30) aufweist, die über die Vebindungsleitung (20) mit dem zentralen Drucklufteinlaß (18) oder der zu diesem Einlaß führenden Druckluftleitung (38) fluidverbunden sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die festen und flüssigen Brennstoffe sowie gegebenenfalls Druckluft durch koaxial in einem Düsenkörper (32) angeordnete Kanäle (34, 36, 38) den jeweiligen Eintrittsöffnungen (10, 12; 12'; 18, 22) zuführbar sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteintritt als Register mit mindestens vier konzentrischen Lufteintrittsöffnungen (36, 38, 40, 42, 44) ausgebildet ist, wobei jeder Lufteintrittsöffnung Drallelemente (46, 48, 50, 52, 54) zugeordnet und die Ringspaltweite der beiden dem Brennstoffeinlaß nächstgelegenen Lufteintrittsöffnungen (36, 38) kontinuierlich verstellbar sind, während die übrigen, vom Brennstoffeinlaß radial etwas weiter entfernt liegenden Lufteintrittsöffnungen (40, 42, 44) individuell verschließbar bzw. öffenbar sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Brennstoffeinlaß umfassender Düsenkörper (68) in Richtung seiner Längsachse bzw. der Längsachse (14) des Verbrennungsraums (16) verschiebbar gelagert ist, insbesondere jedoch in eine Lage bringbar ist, in der der Brennstoffeinlaß gegenüber der Stirnwand (33) des Verbrennungsraumes (16) zurückversetzt bzw. versenkt angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale, dem Verbrennungsraum (16) zugewandte Stirnfläche des Düsenkörpers (68) entweder eben (56) oder kegelstumpfförmig (58), kugelkalottenförmig (konvex oder konkav) kegelförmig oder dergleichen ausgebildet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltweite der beiden dem Brennstoffeinlaß nächstgelegenen Lufteintrittsöffnungen (36, 38) jeweils durch Veränderung der Relativlage der die Eintrittsöffnungen begrenzenden Seitenwandungen (60, 62 bzw. 64, 66) veränderbar ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltweite der beiden dem Brennstoffeinlaß nächstgelegenen Lufteintrittsöffnungen (36, 38) in gleicher Weise veränderbar ist, nämlich durch Verschiebung eines die beiden benachbarten Seitenwandungen (62, 64)sder beiden Lufteintrittsöffnungen (36, 38) umfassenden Ringmundstücks (38) in Richtung der Längsachse (14) des Düsenkörpers (32) bzw. Verbrennungsraums (16), wobei das Ringmundstück (68) vorzugsweise Teil des die beiden dem Brennstoffeinlaß nächstgelegenen Teil-Luftströmungen voneinander trennenden Rohr- oder dergleichen -mantels (70) ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber dem Brennstoffeinlaß zweitnächste Lufteintrittsöffnung (38) so gerichtet ist, daß die entsprechende Luftströmung ein zum etwa hohlkegelförmigen Strömungsprofil des eintretenden Brennstoffs hin gerichtetes ebenfalls etwa hohlkegelförmiges Strömungsprofil annimmt.
EP86104628A 1985-05-20 1986-04-04 Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen flüssiger und/oder fester Brennstoffe in pulverisierter Form Expired EP0202443B1 (de)

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