EP0315802A1 - Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulverisierter Form - Google Patents

Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulverisierter Form Download PDF

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EP0315802A1
EP0315802A1 EP88117351A EP88117351A EP0315802A1 EP 0315802 A1 EP0315802 A1 EP 0315802A1 EP 88117351 A EP88117351 A EP 88117351A EP 88117351 A EP88117351 A EP 88117351A EP 0315802 A1 EP0315802 A1 EP 0315802A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
fuel
nozzle
ring nozzle
air
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88117351A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Skoog
Olof Södergren
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STUBINEN UTVECKLING AB
Original Assignee
STUBINEN UTVECKLING AB
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02—Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • Such a device for burning solid fuel is known from EP-A 0 114 062.
  • the solid fuels mixed with a carrier liquid are introduced as an emulsion into a combustion chamber and burned in cooperation with a specially guided primary air supply.
  • the present invention is therefore based on the object of modifying the known device so that a highly stable and low-emission flame is obtained in all conceivable operating states (ignition, partial load, full load).
  • the additional arrangement of a further fuel supply through a burner nozzle for liquid or gaseous fuels allows the amounts of fuel to be supplied in each case to be optimally adjusted and the flame to be kept stable.
  • the fuel supply to the fuel powder remains free of deposits that can occur in connection with a fuel emulsion (clumping).
  • a further inlet opening for the introduction of intermediate air is advantageously arranged within the powder ring nozzle — concentrically surrounding the burner nozzle for the liquid or gaseous fuel.
  • the intermediate air flowing through the further inlet opening into the combustion chamber generates a gas flow around the burner nozzle and into the combustion chamber, which prevents recirculation solid particles in the flame cone reach the burner nozzle and block it. This is particularly important in full-load operation, since then only fuel powder is burned and no gaseous or liquid fuel escapes from the burner nozzle, which would ensure a certain self-cleaning of the burner nozzle.
  • FIG. 1 shows a coal burner 10 shown in a schematic longitudinal section, which is usually arranged within a combustion chamber 11.
  • the coal burner 10 is operated with coal dust or with coal powder, but is also good for burning other solid, pulverized ones Fuels such as coal, peat or the like. Suitable.
  • the coal powder is fed inside the coal burner 10 through a pipe 12 to an inlet opening 13 into the combustion chamber 11.
  • a powder ring nozzle 14 is arranged, quasi as the end of the tube 12. This is formed by extending the outer wall 15 of the tube 12 and by a hollow-cone-shaped insert 16 with a cross section that increases in the flow direction of the carbon powder.
  • the outer wall 15 is also formed in the area of the insert 16 as a conical wall 17, ie expanded conically.
  • the carbon powder 14 emerging from the powder ring nozzle forms a flow cone while continuing the flow path.
  • An inner tube 18 with a burner nozzle 19 arranged in the region of the powder ring nozzle 14 is provided in the interior of the tube 12 and thus also in the interior of the powder ring nozzle 14.
  • Heavy or light heating oil is supplied through the inner tube 18 and burned at the burner nozzle 19.
  • other liquid or gaseous fuels e.g. B. natural gas or town gas can be used.
  • the conicity of the cone wall 17 and that of the insert 16 correspond to the conicity of the oil spray cone emerging from the burner nozzle 19.
  • a further intermediate tube 20 comprising the inner tube 18, for supplying intermediate air in the area between the powder ring nozzle 14 and the burner nozzle 19.
  • the inner tube 18 accordingly runs in the intermediate tube 20 and this in turn in the tube 12.
  • the outer wall 21 of the inner tube 18 is shown in dashed lines in FIG. 1 and accordingly also forms the inner wall for the intermediate tube 20.
  • the supplied via the intermediate tube 20 Intermediate air enters the combustion chamber 11 at the inlet opening 13 between the oil spray cone and the coal powder cone, or forms a separating layer between the coal and the oil. Mixing of the coal powder and the heating oil sprayed into the combustion chamber 11 is thus effectively prevented.
  • the flowing intermediate air keeps the burner nozzle free of solids and thus prevents clogging.
  • the tube 12 for supplying the carbon powder is surrounded in a self-concentric manner by a supply 22 for primary air.
  • a gas register 23 is provided as a continuation of the feed 22, as is already known from EP-A 0 114 062.
  • the gas register 23 accordingly has a plurality of concentric air inlet openings, with each air inlet opening being assigned swirl elements and these have the effect that the primary air entering the combustion chamber 11 does not flow directly in the direction of the longitudinal axis 24 of the burner, but also flows around it.
  • the carbon powder emerging from the powder ring nozzle 14 is entrained by the primary air flow and finally moves recirculating parallel to the longitudinal axis 24 of the burner in the direction of the burner nozzle 19 primary air flow emerging from the gas register 23.
  • the annular gap widths of the two air inlet openings closest to the powder ring nozzle 14 can be regulated, while the other air inlet openings, which are located somewhat further radially from the powder ring nozzle 14, can be individually closed or opened.
  • the primary air is blown into the combustion chamber 11 through the air inlet openings mentioned with the flow velocity decreasing from the inside to the outside.
  • the gap width of the through the cone wall 17 and the insert 16th The annular gap formed in the powder ring nozzle 14 initially decreases in the flow direction of the fuel powder and then remains constant until the fuel powder enters the combustion chamber 11.
  • the location of the powder ring nozzle 14 with the smallest effective annular gap cross section is identified in FIG. 1 by the number 25. Accordingly, the flow rate of the carbon powder is greatest at this cross-sectional minimum 25.
  • the carbon powder flowing through the powder ring nozzle 14 naturally has a strong wear on the walls (cone wall 17, insert 16).
  • openings 26 are therefore provided for the entry of secondary air into the powder ring nozzle 14.
  • the incoming secondary air flows according to the arrow 27 and keeps the cone wall 17 free from abrasion-promoting solids in the area of the greatest stress, between the opening 26 and the cross-sectional minimum 25.
  • secondary air is supplied through openings 26 located in the intermediate tube 20 opposite the openings 26, so as to keep the insert 16 free of wear-resistant solids by incoming secondary air.
  • its walls are made of particularly wear-resistant material and / or surface-treated.
  • the secondary air introduced via the openings 26 or opposite openings not shown in FIG. 1 not only favors the service life of the powder ring nozzle 14 due to reduced abrasion on the walls thereof, but also ge also ensures improved powder transport, since the individual solid particles can no longer be deposited on the walls.
  • the coal burner 10 has at its end opposite the burner nozzle 19 a powder cyclone 28 for supplying the coal powder.
  • the feed takes place in such a way that the carbon powder is fed to the tube 12 perpendicular to the longitudinal axis 24 of the burner, at a distance from it and rotating about it.
  • 2 shows a section through the powder cyclone 28.
  • the carbon powder enters an opening 30 there in the direction of the arrow 29.
  • the carbon powder rotates about the longitudinal axis 24 of the burner and at the same time flows in the direction of the powder ring nozzle 14, or in FIG. 2 into the image plane.
  • the swirl from the powder cyclone 28 causes the carbon powder in the tube 12 to be evenly distributed, which is maintained right into the area of the powder ring nozzle 14.
  • the inner chamber 31 has a cross section which is widened compared to the tube 12. This promotes even distribution of the coal powder.
  • the intermediate tube 20 and the inner tube 18 arranged therein are led out of the powder cyclone 28.
  • the supply of the intermediate air into the intermediate pipe 20 is similar to the supply of the carbon powder into the pipe 12.
  • the intermediate air flows perpendicular to the longitudinal axis 24 of the burner, at a distance from it and rotating around it into the intermediate pipe 20.
  • the resulting swirl movement of the intermediate air prevents the occurrence of pressure and speed irregularities.
  • the flow velocities at individual locations of the coal burner 10 are shown below.
  • the carbon powder enters the powder cyclone 28 in the region of the opening 30 at a speed of 42 m / s. Due to the cross section of the inner chamber 31 and the swirl movement, the carbon powder has a speed radial to the burner longitudinal axis 24 of 10 m / s and a speed parallel to the burner longitudinal axis 24 of 8 m / s. In the area of the tube 12, the effective cross section is reduced compared to the inner chamber 31 and the speed is consequently increased to 17.5 m / s.
  • the speed is increased to a maximum of 33 m / s by narrowing the cross-section between the opening 26 and the minimum 25 of the cross-section. From the cross-sectional minimum 25 to the inlet opening 13, the gap width of the annular gap of the powder ring nozzle 14 no longer changes, but the effective cross-section changes due to the conical shape of the conical wall 17 and the insert 16. As a result, the speed drops to 15.5 m / s.
  • the mass flow rate through tube 12 is 2000 kg of coal per hour.
  • the coal is from a gaseous carrier medium, for. B. air, with a throughput of 1000 Nm3 / h.
  • the primary air introduced into the combustion chamber 11 via the gas register 23 has a throughput of 1000 Nm 3 / h.
  • the primary air flows at a speed of 11 m / s.
  • the supply for the primary air is reduced in cross section. This increases the speed of the primary air to 19 m / s.
  • Both of the above-mentioned speeds are parallel to the burner longitudinal axis 24.
  • the primary air experiences an additional speed component perpendicular to the burner longitudinal axis 24 through swirl elements arranged in the gas register 23. This promotes the recirculation movement of the carbon powder during the combustion process.
  • the primary lust is also supplied rotating around the longitudinal axis 24 of the burner and an air inlet 32 is arranged between the powder ring nozzle and the powder cyclone. From there, the primary air reaches the gas register 23 in a supply unit 33 concentrically surrounding the tube 12.
  • the carbon powder in the region of the powder ring nozzle 14 also has a velocity vector perpendicular to the longitudinal axis 24 of the burner of 17.5 m / s. This speed is to be added to the above-mentioned flow speed in the powder ring nozzle 14 of 15.5 m / s. This results in a resulting speed of approximately 16.5 m / s in the direction of the helical carbon powder flow.
  • the fuel oil flame is ignited at the burner nozzle 19.
  • carbon powder is added through the powder ring nozzle 14.
  • the carbon powder burns in the heating oil flame and in turn generates a flame cone.
  • the heating oil flame can be switched off, since then a stable flame cone is only maintained due to the supply of the coal powder.
  • Intermediate air is supplied during the entire firing process in order to keep the burner nozzle 19 free of centrally recirculating solid particles.
  • the procedure is reversed. This guarantees that the combustion chamber 11 is kept free from unburned carbon powder and that the burner is not restarted due to contamination.
  • the embodiment according to FIG. 3 shows a special feature in the supply of primary air.
  • the primary air is not mixed with the carbon powder there, as in FIG. 1, only after it has left the gas register 23, but is already supplied to the carbon powder in the region of the powder ring nozzle 14 and mixed with it.
  • no additional gas register 23 is provided.
  • a combination of the embodiment according to FIG. 3 with gas registers 23 according to FIG. 1 is provided.
  • the outer wall 15 or the conical wall 17 of the powder ring nozzle 14 has openings 34 for supplying primary air into the fuel powder stream.
  • the openings 34 are designed as longitudinal slots running in the direction of flow.
  • FIG. 5 shows a further embodiment with a primary air that is modified compared to the previous embodiments guide.
  • the speed of the primary air flow is increased there by design measures.
  • the effective cross section of the feed unit 33 is greatly reduced in the area of the gas register 23 up to the inlet opening 13 into the combustion chamber 11.
  • the cross-section is reduced by conically tapering walls (cone wall 17 and outer wall 37). The reduction in cross-section increases the speed of the primary air flow to 100 m / s.

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Abstract

Die Vorrichtung ist ausgerüstet mit einem Verbrennungsraum (11), in dem eine Eintrittsöffnung (13) mit einer Ringdüse (14) zum Einleiten des Brennstoffpulvers mündet, und mit einem den Brennstoff-Eintritt (23) konzentrisch umgebenden Eintritt für Primärluft, der Drallelemente umfaßt, durch die die Luftströmung in Rotation versetzt wird, derart, daß sich ein zentral rezirkulierendes Strömungsprofil einstellt, wobei im Inneren der Pulverringdüse (14) eine weitere, regel- und abschaltbare Brennstoffzufuhr durch eine Brennerdüse (19) für flüssige oder gasförmige Brennstoffe angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbe­griff des Anspruchs 1.
  • Aus der EP-A 0 114 062 ist eine derartige Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoff bekannt. Dort werden die fe­sten Brennstoffe mit einer Trägerflüssigkeit vermischt als Emulsion in einen Verbrennungsraum eingeleitet und im Zu­sammenwirken mit einer besonders geführten Primärluftzufuhr verbrannt.
  • Die bei der bekannten Vorrichtung erforderliche Verwendung einer Brennstoff-Emulsion weist gewisse Nachteile auf. So können sich in den Zuführungen zum Verbrennungsraum Ablagerun­gen der Brennstoff-Emulsion bilden, die die Regelung der Ver­brennung beeinträchtigen und zur Rußbildung führen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung so abzuändern, daß bei allen denk­baren Betriebszuständen (Zündung, Teillast, Vollast) eine höchst stabile und emissionsarme Flamme erhalten wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Durch die zusätzliche Anordnung einer weiteren Brennstoffzu­fuhr durch eine Brennerdüse für flüssige oder gasförmige Brenn­stoffe können die jeweils zuzuführenden Brennstoffmengen optimal eingestellt und so die Flamme stabil gehalten werden. Die Brennstoffzufuhr des Brennstoffpulvers bleibt frei von Ablagerungen, wie sie in Verbindung mit einer Brennstoff-­Emulsion auftreten können (Verklumpung).
  • Vorteilhafterweise ist innerhalb der Pulverringdüse - die Brennerdüse für den flüssigen oder gasförmigen Brennstoff konzentrisch umgebend - eine weitere Eintrittsöffnung für die Einleitung von Zwischenluft angeordnet. Die durch die weitere Eintrittsöffnung in den Verbrennungsraum einströmende Zwischen­luft erzeugt um die Brennerdüse herum und in den Verbrennungs­raum hinein eine Gasströmung, die verhindert, daß rezirkulie­ rende Feststoffteilchen im Flammkegel zur Brennerdüse gelan­gen und diese verstopfen. Dies ist insbesondere im Vollast­betrieb von Bedeutung, da dann ausschließlich Brennstoffpul­ver verbrannt wird und aus der Brennerdüse kein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff austritt, was eine gewisse Selbst­reinigung der Brennerdüse gewährleisten würde.
  • Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfin­dungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrie­ben.
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfin­dungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeichnungen näher be­schrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Bren­nerteil mit Brennstoffzuführungen);
    • Fig. 2 einen Schnitt durch das Teil gemäß Fig. 1 entlang der Linie C-C;
    • Fig. 3 einen abgewandelten Brennerteil im schematischen Längsschnitt;
    • Fig. 4 einen Schnitt durch das Brennerteil gemäß Fig. 3 entlang der Linie A-A;
    • Fig. 5 einen nochmals abgewandelten Brennerteil im schema­tischen Längsschnitt.
  • Fig. 1 zeigt einen im schematischen Längsschnitt darge­stellten Kohlebrenner 10, der üblicherweise innerhalb eines Verbrennungsraumes 11 angeordnet ist. Der Kohlebrenner 10 wird mit Kohlenstaub oder mit Kohlepulver betrieben, ist aber ebenso gut zum Verbrennen von anderen festen, pulverisierten Brennstoffen wie Kohle, Torf oder dgl. geeignet. Das Kohle­pulver wird im Innern des Kohlebrenners 10 durch ein Rohr 12 einer Eintrittsöffnung 13 in den Verbrennungsraum 11 zuge­führt. Im Bereich der Eintrittsöffnung 13 ist, quasi als Ab­schluß des Rohres 12, eine Pulverringdüse 14 angeordnet. Diese wird gebildet durch Verlängerung der Außenwandung 15 des Roh­res 12 und durch einen hohlkegelförmigen Einsatz 16 mit in Strömungsrichtung des Kohlepulvers zunehmendem Querschnitt. Die Außenwandung 15 ist im Bereich des Einsatzes 16 ebenfalls als Kegelwand 17, d. h. kegelförmig aufgeweitet, ausgebildet. Das aus der Pulverringdüse austretende Kohlepulver 14 formt sich unter der Fortsetzung des Strömungsweges zu einem Strö­mungskegel.
  • Im Innern des Rohres 12 und damit auch im Innern der Pulver­ringdüse 14 ist ein Innenrohr 18 mit einer im Bereich der Pulverringdüse 14 angeordneten Brennerdüse 19 vorgesehen. Durch das Innenrohr 18 wird schweres oder leichtes Heizöl zugeführt und an der Brennerdüse 19 verbrannt. Anstelle von schwerem oder leichtem Heizöl können auch andere flüssige oder gasförmige Brennstoffe, z. B. Erdgas oder Stadtgas, ver­wendet werden. Zur Förderung einer optimalen Verbrennung und zur Vermeidung des Mischens von flüssigem und staub­förmigem Brennstoff entspricht die Konizität der Kegelwand 17 und die des Einsatzes 16 der Konizität des aus der Brenner­düse 19 austretenden Ölsprühkegels.
  • Im Innern des Rohres 12 ist ein weiteres - das Innenrohr 18 umfassende - Zwischenrohr 20 zur Zufuhr von Zwischenluft in dem Bereich zwischen der Pulverringdüse 14 und der Brenner­düse 19 vorgesehen. Das Innenrohr 18 verläuft demnach im Zwischenrohr 20 und dieses wiederum im Rohr 12. Die Außenwan­dung 21 des Innenrohres 18 ist in der Fig. 1 gestrichelt gezeichnet und bildet demnach zugleich die Innenwandung für das Zwischenrohr 20. Die über das Zwischenrohr 20 zugeführte Zwischenluft tritt an der Eintrittsöffnung 13 zwischen dem Ölsprühkegel und dem Kohlepulver-Kegel in den Verbrennungs­raum 11 hinein, bzw. bildet eine Trennschicht zwischen der Kohle und dem Öl. Eine Vermengung des Kohlepulvers und des in den Verbrennungsraum 11 eingesprühten Heizöls wird so wirksam unterbunden. Außerdem hält die strömende Zwischen­luft die Brennerdüse von Feststoffen frei und schließt so eine Verstopfung aus.
  • Das Rohr 12 zur Zufuhr des Kohlepulvers ist selbstkonzentrisch von einer Zuführung 22 für Primärluft umgeben. Im Bereich der Eintrittsöffnung 13 ist als Fortsetzung der Zuführung 22 ein Gasregister 23 vorgesehen, wie es bereits aus der EP-A 0 114 062 bekannt ist. Das Gasregister 23 weist demnach mehrere konzentrische Lufteintrittsöffnungen auf, wobei jeder Lufteintrittsöffnung Drallelemente zugeordnet sind und diese haben die Wirkung, daß die in den Verbrennungsraum 11 ein­tretende Primärluft nicht direkt in Richtung der Brenner­längsachse 24, sondern auch um diese zirkulierend strömt. Das aus der Pulverringdüse 14 austretende Kohlepulver wird von der Primärluftströmung mitgerissen und bewegt sich schließlich rezirkulierend parallel zur Brennerlängsachse 24 in Richtung auf die Brennerdüse 19. Von dort aus strömt das Kohlepulver wieder nach außen in den Bereich der Pulver­ringdüse 14, bzw. in den Bereich der aus dem Gasregister 23 austretenden Primärluftströmung. Die Ringspaltweiten der bei­den der Pulverringdüse 14 nächstgelegenen Lufteintrittsöff­nungen sind regelbar, während die übrigen, von der Pulver­ringdüse 14 radial etwas weiter entfernt liegenden Luftein­trittsöffnungen individuell verschließbar bzw. öffenbar sind. Dabei wird die Primärluft durch die genannten Lufteintritts­öffnungen mit von innen nach außen abnehmender Strömungsge­schwindigkeit in den Verbrennungsraum 11 eingeblasen.
  • Die Spaltbreite des durch die Kegelwand 17 und den Einsatz 16 gebildeten Ringspalt der Pulverringdüse 14 nimmt in Strömungs­richtung des Brennstoffpulvers zunächst ab und bleibt dann bis zum Eintritt des Brennstoffpulvers in den Verbrennungsraum 11 konstant. Die Stelle der Pulverringdüse 14 mit dem gering­sten wirksamen Ringspaltquerschnitt ist in der Fig. 1 mit der Ziffer 25 gekennzeichnet. In diesem Querschnittsminimum 25 ist demzufolge auch die Strömungsgeschwindigkeit des Koh­lepulvers am größten.
  • Das durch die Pulverringdüse 14 hindurchströmende Kohlepulver wirkt naturgemäß auf die Wandungen (Kegelwand 17, Einsatz 16) stark verschleißend. Zur Vermeidung von übermäßigem Abrieb im Bereich des Eintritts des Brennstoffpulvers in die Pulver­ringdüse 14 sind deshalb Öffnungen 26 zum Eintritt von Neben­luft in die Pulverringdüse 14 vorgesehen. Die eintretende Nebenluft strömt entsprechend dem Pfeil 27 und hält die Kegel­wand 17 im Bereich der stärksten Beanspruchung, zwischen der Öffnung 26 und dem Querschnittsminimum 25 von abriebfördern­den Feststoffen frei.
  • In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform er­folgt eine Zufuhr von Nebenluft über den Öffnungen 26 gegen­überliegende Öffnungen im Zwischenrohr 20, um so den Einsatz 16 durch einströmende Nebenluft von verschleißenden Fest­stoffen freizuhalten.
  • Zur Gewährleistung einer hohen Lebensdauer der Pulverring­düse sind deren Wandungen (Kegelwand 17, Einsatz 16) aus be­sonders verschleißfestem Werkstoff ausgebildet und/oder oberflächenvergütet.
  • Die über die Öffnungen 26 bzw. gegenüberliegende in der Fig. 1 nicht gezeigte Öffnungen eingeführte Nebenluft begün­stigt nicht nur die Lebensdauer der Pulverringdüse 14 durch verminderten Abrieb an den Wandungen derselben, sondern ge­ währleistet auch einen verbesserten Pulvertransport, da die einzelnen Feststoffteilchen sich nicht mehr an den Wandungen ablagern können.
  • Der Kohlebrenner 10 weist an seinem der Brennerdüse 19 gegen­überliegenden Ende einen Pulverzyklon 28 zur Zufuhr des Kohlepulvers auf. Die Zufuhr erfolgt derart, daß das Kohle­pulver senkrecht zur Brennerlängsachse 24, mit Abstand zu dieser und rotierend um diese dem Rohr 12 zugeführt wird. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Pulverzyklon 28. Das Kohlepulver tritt dort in Richtung des Pfeils 29 in eine Öffnung 30 hinein. In einer Innenkammer 31 rotiert das Kohlepulver um die Brennerlängsachse 24 und strömt dabei zugleich in Richtung auf die Pulverringdüse 14, bzw. in Fig. 2 in die Bildebene hinein. Durch den Drall aus dem Pul­verzyklon 28 erfährt das Kohlepulver im Rohr 12 eine gleich­mäßige Verteilung, die bis in den Bereich der Pulverringdüse 14 hinein erhalten bleibt. Die Innenkammer 31 weist einen gegenüber dem Rohr 12 erweiterten Querschnitt auf. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung des Kohlepulvers noch zu­sätzlich gefördert.
  • Das Zwischenrohr 20 und das darin angeordnete Innenrohr 18 sind aus dem Pulverzyklon 28 herausgeführt. Die Zufuhr der Zwischenluft in das Zwischenrohr 20 erfolgt ähnlich wie die Zufuhr des Kohlepulvers in das Rohr 12. Auch hier strömt die Zwischenluft senkrecht zur Brennerlängsachse 24, mit Abstand zu dieser und rotierend um diese in das Zwischenrohr 20 hinein. Die dadurch bedingte Drallbewegung der Zwischenluft verhindert das Auftreten von Druck- und Geschwindigkeitsun­regelmäßigkeiten.
  • Sowohl die Drallbewegung der Zwischenluft als auch die Drallbewegung des Kohlepulvers im Bereich der Eintrittsöffnung 13 bewirken eine verbesserte Stabilität des erzielbaren Flamm­kegels.
  • Im folgenden werden die Strömungsgeschwindigkeiten an einzel­nen Stellen des Kohlebrenners 10 dargestellt. Das Kohlepul­ver tritt im Bereich der Öffnung 30 in den Pulverzyklon 28 mit einer Geschwindigkeit von 42 m/s ein. Bedingt durch den Querschnitt der Innenkammer 31 und die Drallbewegung hat das Kohlepulver eine Geschwindigkeit radial zur Brennerlängs­achse 24 von 10 m/s und eine Geschwindigkeit parallel zur Brennerlängsachse 24 von 8 m/s. Im Bereich des Rohres 12 ist der wirksame Querschnitt gegenüber der Innenkammer 31 verrin­gert und demzufolge die Geschwindigkeit auf 17,5 m/s erhöht. In der Pulverringdüse wird die Geschwindigkeit durch Quer­schnittsverengung zwischen der Öffnung 26 und dem Querschnitts­minimum 25 bis auf das Maximum von 33 m/s erhöht. Vom Quer­schnittsminimum 25 bis zur Eintrittsöffnung 13 ändert sich die Spaltbreite des Ringspalts der Pulverringdüse 14 nicht mehr, jedoch ändert sich der wirksame Querschnitt durch die Kegelform der Kegelwand 17 und des Einsatzes 16. Dadurch be­dingt sinkt die Geschwindigkeit auf 15,5 m/s. Der Massendurch­satz durch das Rohr 12 beträgt 2000 kg Kohle pro Stunde. Die Kohle wird dabei von einem gasförmigen Trägermedium, z. B. Luft, mit einem Durchsatz von 1000 Nm³/h befördert. Die über die Gasregister 23 in den Verbrennungsraum 11 eingeleitete Primärluft weist einen Durchsatz von 1000 Nm³/h auf. Vor dem Gasregister 23, d. h. im Bereich des Rohres 12, strömt die Primärluft mit einer Geschwindigkeit von 11 m/s. Im Gasre­gister 23 erfährt die Zuführ für die Primärluft eine Quer­schnittsverringerung. Dadurch steigt die Geschwindigkeit der Primärluft auf 19 m/s. Beide zuvor genannten Geschwindigkei­ten liegen parallel zur Brennerlängsachse 24. Die Primärluft erfährt jedoch durch im Gasregister 23 angeordnete Drallele­mente eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Brennerlängsachse 24. Diese fördert die Rezirkulationsbe­wegung des Kohlepulvers während des Verbrennungsvorgangs. Die Rezirkulationg gewährleistet eine vollständige Verbren­nung des Kohlepulvers auch ohne die zusätzliche Hilfe einer Heizölflamme aus der Brennerdüse 19. Wie zuvor schon für das Kohlepulver und die Zwischenluft beschrieben, erfolgt auch die Zufuhr der Primärlust rotierend um die Brennerlängsachse 24 herum und zwischen Pulverringdüse und Pulverzyklon ist ein Lufteinlaß 32 angeordnet. Von dort gelangt die Primärluft in einer das Rohr 12 konzentrisch umgebenden Zuführeinheit 33 bis zum Gasregister 23.
  • Das Kohlepulver weist, bedingt durch den im Pulverzyklon 28 erzeugten Drall um die Brennerlängsachse 24, im Bereich der Pulverringdüse 14 noch einen Geschwindigkeitsvektor senkrecht zur Brennerlängsachse 24 in Höhe von 17,5 m/s auf. Diese Ge­schwindigkeit ist zu der oben bereits genannten Strömungs­geschwindigkeit in der Pulverringdüse 14 von 15,5 m/s zu addieren. Dadurch ergibt sich eine resultierende Geschwin­digkeit in Höhe von etwa 16,5 m/s in Richtung der helixförmi­gen Kohlepulverströmung.
  • Im folgenden wird die Funktionsweise des Kohlebrenners 10 im zeitlichen Ablauf erläutert. Zum Start des Brenners wird die Heizölflamme an der Brennerdüse 19 gezündet. Nach Erreichen einer definierten Betriebstemperatur erfolgt die Zugabe von Kohlepulver durch die Pulverringdüse 14. Das Kohlepulver ver­brennt in der Heizölflamme und erzeugt seinerseits einen Flammkegel. Dieser ist um so stabiler, je mehr Kohlepulver verbrannt wird. Ab einer gewissen Menge Kohlepulver kann die Heizölflamme abgeschaltet werden, da sich dann ein stabiler Flammkegel ausschließlich aufgrund der Zufuhr des Kohle­pulvers hält. Während des gesamten Brennvorganges erfolgt die Zufuhr von Zwischenluft, um die Brennerdüse 19 von zentral rezirkulierenden Feststoffteilchen freizuhalten. Zum Abschal­ten des Kohlebrenners 10 wird in umgekehrter Reihenfolge verfahren. Dies garantiert, daß der Verbrennungsraum 11 von unverbranntem Kohlepulver freigehalten wird und einem er­neuten Hochfahren des Brenners keine Behinderungen durch Ver­schmutzungen entgegenstehen.
  • Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 zeigt eine Besonderheit in der Zufuhr der Primärluft. Die Primärluft wird dort nicht wie in Fig. 1 erst nach dem Austritt aus dem Gasregister 23 mit dem Kohlepulver vermischt, sondern wird bereits im Bereich der Pulverringdüse 14 dem Kohlepulver zugeführt und mit diesem vermengt. Gemäß Fig. 3 sind keine zusätzlichen Gasregister 23 vorgesehen. Gemäß einer hier nicht gezeigten Ausführungsform ist aber eine Kombination aus der Ausführungsform gemäß Fig. 3 mit Gasregistern 23 gemäß Fig. 1 vorgesehen. Gemäß Fig. 3 und gemäß der einen Schnitt entlang der Linie A-A zeichnenden Fig. 4 weist die Außenwandung 15 bzw. die Kegel­wand 17 der Pulverringdüse 14 Öffnungen 34 zur Zufuhr von Primärluft in den Brennstoffpulverstrom auf. Die Öffnungen 34 sind als in Strömungsrichtung verlaufende Längsschlitze ausgebildet. Zwischen den Längsschlitzen sind Stege 35 ange­ordnet, die sich in Umfangsrichtung der Pulverringdüse 14 je­weils nacheinander überlappen. Die Primärluft wird durch die Öffnungen 34 in den Kohlepulverstrom hineingedrückt und er­fährt dabei an den Stegen 35 eine Ablenkung bzw. einen Drall und damit eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Brennerlängsachse 24, so daß eine innige Vermischung zwischen der Primärluft und dem Kohlepulver stattfindet. Ebenso wie in Fig. 1 erfolgt auch hier zwischen dem Austrittskegel des Kohlepulvers und dem Ölsprühkegel an der Brennerdüse 19 eine Zufuhr von Zwischenluft. Diese tritt aus dem Ringspalt zwi­schen dem Zwischenrohr 20 und dem Innenrohr 18 aus und be­sorgt eine Trennung des Kohlepulverstroms von Ölsprühkegel, bzw. verhindert eine Vermengung der festen Bestandteile (Kohlepulver) mit den flüssigen Bestandteilen (Heizöl). Der Austritt der Zwischenluft aus dem genannten Ringspalt ist in den Fig. 1, 3 und 5 mit einem mit dem Bezugszeichen 36 ge­kennzeichneten Pfeil dargestellt.
  • Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer gegenüber den vorangegangenen Ausführungsformen veränderten Primärluft­ führung. Zur besseren Trennung des Kohlepulverstroms von Öl­sprühkegel wird dort die Geschwindigkeit des Primärluftstromes durch konstruktive Maßnahmen erhöht. Der wirksame Querschnitt der Zuführeinheit 33 wird im Bereich des Gasregisters 23 bis zur Eintrittsöffnung 13 in den Verbrennungsraum 11 stark re­duziert. Die Reduktion des Querschnitts erfolgt durch ko­nisch zulaufende Wandungen (Kegelwand 17 und Außenwand 37). Die Querschnittsverringerung bewirkt eine Steigerung der Ge­schwindigkeit des Primärluftstromes auf 100 m/s.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10 Kohlebrenner
    • 11 Verbrennungsraum
    • 12 Rohr
    • 13 Eintrittsöffnung
    • 14 Pulverringdüse
    • 15 Außenwandung
    • 16 Einsatz
    • 17 Kegelwand
    • 18 Innenrohr
    • 19 Brennerdüse
    • 20 Zwischenrohr
    • 21 Außenwandung
    • 22 Zuführung (für Primärluft)
    • 23 Gasregister
    • 24 Brennerlängsachse
    • 25 Querschnittsminimum der Pulverringdüse
    • 26 Öffnung
    • 27 Pfeil (Nebenluftstrom)
    • 28 Pulverzyklon
    • 29 Pfeil
    • 30 Öffnung
    • 31 Innenkammer
    • 32 Lufteinlaß
    • 33 Zuführeinheit
    • 34 Öffnungen
    • 35 Stege
    • 36 Pfeil (Zwischenluftstrom)
    • 37 Außenwand

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbe­sondere Kohle, Torf oder dergleichen in pulverisierter Form, mit einem Verbrennungsraum, in den eine Eintritts­öffnung mit einer Ringdüse zum Einleiten des Brennstoff­pulvers mündet, und mit einem den Brennstoff-Eintritt konzentrisch umgebenden Eintritt für Primärluft, der Drallelemente umfaßt, durch die die Luftströmung in Rotation versetzt wird, derart, daß sich ein zentral rezirkulierendes Strömungsprofil einstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Pulverringdüse (14) eine weitere, regel- und abschalt­bare Brennstoffzufuhr durch eine Brennerdüse (19) für flüssige oder gasförmige Brennstoffe angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Pulverringdüse (14) - die Brennerdüse (19) für den flüs­sigen oder gasförmigen Brennstoff konzentrisch umgebend - eine weitere Eintrittsöffnung für die Einleitung von Zwischenluft angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverring­düse (14) als Ringspalt mit Außen- und Innenwandung aus­gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Pulverringdüse (14) hohlkegelförmig ausgebildet sind, derart, daß ein durch das aus der Pulverringdüse (14) austretende Brennstoffpulver gebildeter Pulversprühkegel in seiner Konizität einem aus der Brennerdüse (19) aus­tretenden Brennstoffsprühkegel entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite des Ringspalts der Pulverringdüse (14) in Strömungsrich­tung des Brennstoffpulvers zunächst abnimmt und dann bis zum Eintritt des Brennstoffpulvers in den Verbrennungs­raum (11) konstant bleibt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (Innen- und/oder Außenwandungen) im Bereich des Eintritts des Brennstoffpulvers in die Pulverringdüse (14) Öffnungen (26) zum Eintritt von Nebenluft aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverring­düse (14) besonders verschleißfeste, insbesondere ober­flächenvergütete Wandungen aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff­pulver durch ein Rohr (12) der Pulverringdüse (14) zuführ­bar ist und daß im Innern des Rohres (12) ein weiteres Rohr - Innenrohr (18) - angeordnet ist, zur Zufuhr des flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes bis zur Brenner­düse (19).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Pulver­ringdüse (14) gegenüberliegenden Ende des Rohres (12) ein Pulverzyklon (28) angeordnet ist, durch den das Brennstoffpulver senkrecht zur Brennerlängsachse (24), mit Abstand zu dieser und rotierend um diese dem Rohr (12) zuführbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Rohres (12) ein weiteres - das Innenrohr (18) umfassende - Zwischenrohr (20) zur Zufuhr der Zwischenluft in den Be­reich zwischen der Pulverringdüse (14) und der Brenner­düse (19) angeordnet ist, wobei die Innenwandung des zwischenrohres (20) zugleich die Außenwandung (21) des Innenrohres (18) bildet.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (Kegelwand 17) der Pulverringdüse (14) Öffnungen (34) zur Zufuhr von Primärluft in den Brennstoffpulverstrom auf­weist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (34) als am Umfang der Außenwandung (Kegelwand 17) der Pulverringdüse (14) angeordnete Längsschlitze mit in Umfangsrichtung jeweils nacheinander überlappenden Ste­gen (35) ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt für die Primärluft als Gasregister (23) mit mehreren kon­zentrischen Lufteintrittsöffnungen ausgebildet ist, wobei jeder Lufteintrittsöffnung Drallelemente zugeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspalt­weiten der beiden in Brennstoff-Eintritt nächstgelegenen Lufteintrittsöffnungen regelbar sind, während die übrigen, vom Brennstoff-Eintritt radial etwas weiter entfernt liegenden Lufteintrittsöffnungen individuell verschließ­bar bzw. öffenbar sind, und wobei die Primärluft durch die genannten Lufteintrittsöffnungen vorzugsweise mit von innen nach außen abnehmender Strömungsgeschwindig­keit in den Verbrennungsraum (11) einblasbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft in einem den Brennstoff-Eintritt konzentrisch umgebenden Ringspalt dem Verbrennungsraum (11) zuführbar ist, wobei der Ringspalt zur Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit einen in Strömungsrichtung abnehmenden Querschnitt auf­weist.
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