EP0619458B1

EP0619458B1 - Drehofenbrenner für feinkörnigen Festbrennstoff

Info

Publication number: EP0619458B1
Application number: EP19940104049
Authority: EP
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Filges
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2014-03-16
Also published as: DK0619458T3; DE59405746D1; DE4311457A1; EP0619458A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Kanal zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff (Kohlenstaub), der konzentrisch von einem Primärluft-Ringkanal umgeben ist, durch dessen um den Umfang verteilten Austrittsdüsen Primärluftstrahlen mit erhöhter Geschwindigkeit austreten.

Drehofenbrenner dieser Art sind meist als sogenannte Dreikanalbrenner ausgebildet (DE-PS 30 27 587 Fig. 5 und 6), d. h. durch den mittleren Brennerkanal strömt der pneumatisch transportierte Kohlenstaub und er tritt durch eine Ringspaltdüse aus, wobei der ausströmende Kohlenstaub von radial innerer als auch von radial äußerer Primärluft umgeben ist. Beim bekannten Kohlenstaubbrenner wird die radial äußere Primärluft mittels einer Vielzahl einzelner düsenartiger Ausströmöffnungen in viele einzelne Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen unterteilt, die in ihrer Umgebung ein Unterdruckgebiet erzeugen, d.h. die vielen Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen dienen als Treibstrahlen nach dem Injektorprinzip, durch welches die große Masse der den Drehofenbrenner umgebenden, praktisch ruhenden heißen Sekundärluft von ca. 800°C nach innen in Richtung zum Kern der Brennerflamme eingesaugt wird, wo eine intensive Durchmischung der heißen Sekundärluft mit dem durch die Ringspaltdüse austretenden Kohlenstaub stattfindet, der auf diese Weise schnell und vollständig unter Ausbildung einer kurzen heißen Flamme verbrennt, wie sie in der Sinterzone eines Drehrohrofens zur Sinterung des kalzinierten Zementrohmehles zu Zementklinker erforderlich ist. Auf diese Weise gelingt es, mit möglichst wenig kalter Primärluft (z. B. ca. 5 Vol.-%) möglichst viel heiße Sekundärluft (z. B. ca. 95 Vol.-%) in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzusaugen.

Bei einem solchen Kohlenstaubbrenner unterliegt die Ringspaltdüse, durch welche hindurch der abrasive Kohlenstaub pneumatisch gefördert wird, einem besonderen Verschleiß, insbesondere dann, wenn die Ringspaltdüse konisch ausgebildet ist und nach außen divergiert. Dabei ist ein verschleißgefährdeter Bereich vor allem die innere konische Ringspaltdüsen-Begrenzungswandung, auf welche die Kohlenstaubpartikel unter Ablenkung ihrer Strömungsrichtung mit hoher Geschwindigkeit aufprallen.

Bei einem anderen bekannten Kohlenstaubbrenner (Patent Abstracts of Japan Publication No. JP 58011308 vom 22.01.1983) handelt es sich nicht um einen Drehofenbrenner, denn es fehlt jeder Hinweis auf den Einsatz in einem Drehrohrofen und vor allem jeder Hinweis auf eine große Masse heißer Sekundärluft, die diesen bekannten Kohlenstaubbrenner außen umgeben würde. Vielmehr wird beim bekannten Kohlenstaubbrenner, bei welchem die Kohlenstaub-Luftsuspension durch einen Ringkanal transportiert wird, die Verbrennungsluft einzig und allein durch den zentralen Rohrkanal geleitet, wie es bei einem Brenner z. B. für den Einsatz in Dampferzeugern, nicht aber in einem Drehrohrofen der Fall ist. Der ringförmige Kohlenstaubkanal ist im Bereich seiner Ausmündung allseitig, d. h. sowohl radial außen als auch radial innen mit Keramik ausgekleidet, wobei ebenfalls aus Keramik bestehende radial angeordnete Abstandshalter für die Konzentrizität der beiden Rohrkanäle sorgen. Eine unmittelbare Befestigung von Keramikkomponenten auf der Innenoberfläche oder Außenoberfläche eines metallischen Tragrohres kann aber keine brauchbare Lebensdauer aufweisen, denn bei herrschenden Temperaturen von z. B. über 800°C, wie im Einsatzfall Drehrohrofen der Fall, treten die ganz unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Metall einerseits und Keramik andererseits auf, wobei die Bruchempfindlichkeit von Keramik Wärmedehnungen nicht zuläßt. D. h., beim bekannten Kohlenstaubbrenner sind keine Maßnahmen dagegen getroffen worden, daß sich die Ausdehnung der metallischen Komponenten negativ auswirkt auf die eingesetzten Keramikkomponenten. Der bekannte Kohlenstaubbrenner kann also nicht als Drehofenbrenner eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehofenbrenner für feste Brennstoffe wie feinkömigen Kohlenstaub zu schaffen, mit einer Kohlenstaubdüse, die eine lange Standzeit des Brenners gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner besteht der Verschleißschutz der Kohlenstaub-Ringspaltdüse nicht aus einer Verschleißschutzbeschichtung, die als vergleichsweise dünne Schicht unmittelbar auf die verschleißgefährdete Düsenwandung aufgebracht ist, sondern aus einem in sich steifen hülsenartigen Keramikkörper, der auf einem metallischen Tragkörper dadurch lösbar und auswechselbar befestigt ist, daß zwischen dem Keramikkörper und dem Tragkörper eine flexible Keramikfaserschicht angeordnet ist, z. B. ein Al₂O₃-Faservlies. Dadurch gelingt es, den Keramikkörper in der Weise mit dem metallischen Tragkörper zu verbinden, daß sich die Wärmeausdehnung des Metalls nicht negativ auf den bruchempfindlichen Keramikkörper auswirkt, der eine Mohs'sche Härte von > 9 aufweisen kann. Gleichzeitig sorgt die flexible Keramikfaserschicht dafür, daß der verschleißfeste Keramikkörper, der im Vergleich zu einer Verschleißschutzbeschichtung dickwandig sein kann und daher eine sehr lange Standzeit aufweisen kann, ganz genau auf seinen Tragkörper (22) zentrierbar und gegen diesen spannbar ist. Die Standzeit des z. B. 4 mm dickwandigen hülsenartigen auswechselbaren Keramikkörpers ist so hoch, daß Produktionsausfälle des Drehofenbetriebes, bisher erzwungen durch das Auswechseln verschlissener Teile der Kohlenstaub-Ringspaltdüse ganz vermieden werden können.

Divergiert in Strömungsrichtung der Kohlenstaubsuspension gesehen die Festbrennstoff-Ringspaltdüse nach außen, ist der Keramikkörper als Keramik-Konus an der besonders verschleißgefährdeten- radial inneren Begrenzungswandung der Ringspaltdüse am entsprechend ebenfalls konisch ausgebildeten metallischen Tragkörper befestigt.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1:: einen Axiallangsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehofenbrenner, und
Fig. 2:: die Einzelheit II der Fig. 1 mit dem Verschleißschutz in vergrößerter Darstellung.

Der Drehofenbrenner der Fig. 1 weist einen ringförmigen Kanal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Kohlenstaub auf. Die Kohlenstaub-Primärluft-Suspension (11) tritt mit einer Geschwindigkeit von z. B. 28 m/s aus einer Ringspaltdüse (12) aus, die mit einem kleinen Winkel nach außen divergiert. Konzentrisch um den Kohlenstaubkanal (10) ist ein Ringkanal (13) angeordnet, durch den Primärluft strömt, die mit hoher Geschwindigkeit von z. B. 350 m/s in Form von Düsenstrahlen (14) aus einzelnen um den Umfang der Brennermündung verteilt angeordneten Brennerdüsen (15) austritt. Diese Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen (14) bzw. Treibstrahlen hoher Geschwindigkeit sind in der Lage, möglichst viel den Drehofenbrenner umgebende heiße Sekundärluft (16) von z. B. 800 °C in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzusaugen. Auf seiner Außenseite ist der Drehofenbrenner durch eine feuerfeste Ausmauerung (17) vor thermische Überbeanspruchung geschützt. Konzentrisch innerhalb des Kohlenstaubkanals (10) kann ein weiterer Primärluftkanal (18) angeordnet sein, der an seiner Ausmündung mit einem Drallerzeuger (19) ausgestattet sein kann. Im Zentrum des Brenners ist noch ein Rohr (20) angeordnet, in welches ein zentraler Zündbrenner einsetzbar ist.

Der mit dem Kreis II der Kohlenstaub-Ringspaltdüse (12) gekennzeichnete Bereich ist besonders verschleißgefährdet, weil in diesem Bereich die Kohlenstaubpartikel an der radial inneren Begrenzungswandung der Ringspaltdüse (12) aufprallen und von dort nach außen abgelenkt werden. Daher ist, wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen, an der radial inneren Begrenzungswandung der Ringspaltdüse (12) ein in sich steifer Keramikkörper (21) als Keramik-Konus an einem metallischen Tragkörper (22) lösbar und auswechselbar befestigt. Zwischen dem z. B. 4 mm Wandstärke aufweisenden hülsenartigen Keramikkörper (21) und dem metallischen Tragkörper (22) ist eine z. B. 2 bis 3 mm dicke flexible Keramikfaserschicht (23) angeordnet, bestehend z. B. aus einem Al₂O₃-Faservlies. Vermittels der flexiblen Keramikfaserschicht können keine Kräfte aus der Wärmedehnung des metallischen Tragkörpers (22) auf den bruchempfindlichen, ebenfalls z. B. aus Al₂O₃ bestehenden Keramikkörper (21) übertragen werden, der eine Mohs'sche Härte von größer 9 aufweisen kann. Gleichzeitig sorgt die Keramikfaserschicht (23) dafür, daß der Keramikkörper (21) ganz genau auf seinen Tragkörper (22) zentrierbar ist. Gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 2 besteht der metallische Tragkörper aus zwei Längsabschnitten (22, 22a), wobei der der Ringspaltdüsenmündung (12) abgewandte Längsabschnitt (22a) eine Ringschulter (24) aufweist, mit der als Anschlag der Keramik-Konus (21) auf seinen Tragkörper (22/22a) bzw. auf die flexible Keramikfaserschicht (23) zentrierbar und spannbar ist.

Ist die Kohlenstaub-Ringspaltdüse (12) nicht nach außen, sondern nach innen divergierend angeordnet, so wäre der in sich feste Keramikkörper (21) nicht an der radial inneren, sondern umgekehrt an der radial äußeren Begrenzungswandung dieser Ringspaltdüse (12) zu befestigen.

Es wäre auch möglich, den Ringkanal (18) für die innere Primärluft ganz wegzulassen oder zwischen dem Kohlenstaubkanal (10) und dem äußeren Primärluftkanal (13) anzuordnen.

Claims

Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Kanal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff (Kohlenstaub), der konzentrisch von einem Primärluft-Ringkanal (13) umgeben ist, durch dessen um den Umfang verteilten Austrittsdüsen (15) Primärluftstrahlen mit erhöhter Geschwindigkeit austreten, dadurch gekennzeichnet, daß der Festbrennstoffkanal (10) im Bereich seiner die Festbrennstoff-Transportluft-Suspension auslassenden Ringspaltdüse (12) an wenigstens einer der Ringspaltdüsen-Begrenzungswandungen einen Verschleißschutz aufweist, welcher aus einem Keramikkörper (21) besteht, der auf einem metallischen Tragkörper (22) lösbar und auswechselbar befestigt ist in der Weise, daß zwischen dem Keramikkörper (21) und dem Tragkörper (22) eine flexible Keramikfaserschicht (23) angeordnet ist.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Festbrennstoff-Ringspaltdüse (12), wenn sie nach außen divergiert, der Keramikkörper (21) als Keramik-Konus ausgebildet ist, der an der radial inneren Begrenzungswandung der Ringspaltdüse (12) am entsprechend ebenfalls konisch ausgebildeten metallischen Tragkörper (22) befestigt ist.
Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Tragkörper des Keramik-Konusses (21) aus zwei Längsabschnitten (22, 22a) besteht, wobei der der Ringspaltdüsenmündung abgewandte Längsabschnitt (22a) eine Ringschulter (24) aufweist, mit der als Anschlag der Keramik-Konus (21) auf seinen Tragkörper (22) bzw. auf die flexible Keramikfaserschicht (23) zentrierbar und spannbar ist.
Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb des Festbrennstoffkanals (10) ein weiterer Primärluftkanal (18) angeordnet ist, an dessen Ausmündung ein Drallerzeuger (19) angeordnet ist.