EP0670454B1 - Braunkohlenbrenner - Google Patents

Description

Kohlenstaubbrenner für Braunkohle sind üblicherweise als Strahlbrenner mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, in dessen Mittelebene Luftdüsen eingesetzt sind. Unterhalb und oberhalb dieser Brenner sowie zwischen diesen sind weitere Luftdüsen zur Zuführung von Unterluft, Oberluft und Mittelluft vorgesehen. Aus diesem Brenner kann der Kohlenstaub unter ungünstigen Verhältnissen mit einer ungleichmäßigen Staubverteilung austreten, wobei, bedingt, durch das Fehlen von Zündhilfen, das Anzünden des Brennstoffes verspätet im Feuerraum erfolgt und zwar unter Bedingungen, die im Verlauf der Pyrolyse durch Zumischen der Ober-, Unter- und Mittelluft partiell zu einem erhöhten Luftüberschuß führen und somit die NO_x-Bildung begünstigen.

Braunkohle beinhaltet von Natur aus einen hohen Wasseranteil, der während der Zerkleinerung in der Mühle mit Hilfe von angesaugten heißen Rauchgasen zu einem großen Teil verdampft wird. Infolgedessen führt der Kohlenstaub-Trägergas-Strom einen hohen Anteil an Wasserdampf mit sich, der die Zündeigenschaften des Brennstoffes am Brenneraustritt negativ beeinflußt. Zur Anreicherung des Kohlenstaubes in dem Kohlenstaub-Trägergas-Strom ist bekannt (DE-OS 29 33 528), einen Drallkörper in der Staubleitung vorzusehen, die die Mühle mit dem Brenner verbindet. Der hierdurch erzwungene Drall teilt den KohlenstaubTrägergas-Strom in einen brennstoffreichen Teilstrom und in einen brennstoffarmen Brüdenstrom auf. Der Brüdenstrom wird entweder nach Durchströmen eines Filters ins Freie abgeleitet oder er wird getrennten Brüdenbrennern zugeführt. Diese Brüdenbrenner sind außerhalb oder als gesonderte Führungsrohre innerhalb der Hauptbrenner angeordnet (DE-OS 29 33 528; Brennst.-Wärme-Kraft 24 (1972) Nr. 3, Seiten 90 - 93).

Für die Verbrennung von Steinkohle, die im Rohzustand einen geringeren Wassergehalt als Braunkohle aufweist und die dementsprechend nach der Mahltrocknung auch einen geringeren Wasserdampfanteil im Kohlenstaub-Trägergas-Strom mit sich führt, werden in der Regel Rundbrenner verwendet. Bei bekannten Brennern dieser Art (EP-OS 445 938) ist in dem Staubkanal des Brenners eine Einrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der Staub auf den äußeren Umfang des Stromes konzentriert wird. Am Ende des Staubkanals ist ein Ring angeordnet, der in den freien Querschnitt des Staubkanals hineinragt und Vorsprünge aufweist, zwischen denen Lücken vorhanden sind. Die Aufgabe dieses Ringes ist es, eine Verwirbelung des Gemischstromes in der Mündung des Brenners zu erzeugen, um dadurch die Zündfähigkeit der staubförmigen Steinkohle zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die Verbrennung von staubförmiger Braunkohle geeigneten Brenner der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß eindeutige Zündbedingungen geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäße Brenner (derartige Brenner sind aus der US-A-4 930 430 bekannt) erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ist Gegenstand der Unteransprüche.

Hierbei wird innerhalb des Brenners selbst eine Brüdentrennung vorgenommen, wodurch der schlecht zündende und schlecht brennende Brüden, zentral von einem brennstoffreichen Mantelstrom umgeben, in den Feuerraum eingeführt wird. Ausgelöst durch die von dem Drallerzeuger im Brennerrohr erzwungene Rotationsströmung befinden sich die Braunkohlepartikel in diesem Mantelstrom nahezu vollständig an der Innenwandung des Brennerrohres. In der Brennermündung prallen diese Partikel auf einen Stabilisierungsring, der aus unterschiedlich ausgebildeten Segmenten besteht, die in den Mantelstrom hineinragen. Durch das Aufprallen auf die Segmente verlieren die Braunkohlepartikel ihre Fließgeschwindigkeit, werden reflektiert und von der vorhandenen Gasströmung in Richtung auf die Mitte des Brennerrohres zum Brenneraustritt hin erneut beschleunigt. Der in diesem Bereich angeordnete, von einem Teil der Segmente des Stabilisierungsringes geführte, als Brüdentrennrohr wirkende Rohrabschnitt verhindert, daß die reflektierten Braunkohlepartikel wieder mit dem Brüden vermischt werden.

Durch das Abbremsen der Braunkohlepartikel wird kurzfristig, bei ausreichend vorhandener Zündenergie (wenn z. B. ein Öl-, Gas- oder Kohlefeuer im Feuerraum vorhanden ist) die Rückzündgeschwindigkeit für die ausgasenden Kohlepartikel partiell größer als deren Fließgeschwindigkeit. Auf diese Weise zündet der Braunkohlenstaub kontrolliert, in nahezu allen Betriebssituationen mit konstanten Bedingungen, unmittelbar am Brenneraustritt. Für das Anzünden der ausgasenden flüchtigen Kohlebestandteile ist der Eigenanteil an Sauerstoff und der Sauerstoffgehalt des Trägergases im Mantelstrom in jedem Fall ausreichend.

Die zur Verbrennung der restlichen Kohle erforderliche Brennerluft wird als Sekundärluft jedem Brennerrohr zugeordnet zugeführt. Damit der Zündvorgang am Brenneraustritt nicht durch Luftschwankungen, hohe Austrittsgeschwindigkeiten oder Wirbelbildung gestört werden kann, wird die Sekundärluft durch eine Luftabweiskehle fern gehalten und ausreichend verzögert den Brennstoffprodukten zugeführt.

Insgesamt wird auf die geschilderte Weise eine unkontrollierte Zündung und anschließende Verbrennung des Braunkohlenstaubes mit schwankenden Luftmengenverhältnissen und der damit verbundenen Neigung zur NO_x-Bildung vermieden.

Ein Stabilisierungsring in Verbindung mit einem Drallkörper ist zwar bei Brennern zur Verbrennung von staubförmiger Steinkohle bekannt. Jedoch wird Steinkohle, die einen geringeren Wassergehalt als Braunkohle aufweist, während der Mahltrocknung in der Mühle mit vorerhitzter Luft getrocknet, so daß, anders als bei der Mahltrocknung von Braunkohle mit heißen Rauchgasen, der Wasserdampfgehalt in dem Kohlenstaub-Trägergas-Strom geringer ist und der Anteil an inerten Gasen fehlt. Die Bewältigung dieser Stoffströme bereitete bei der Verbrennung von staubförmiger Braunkohle Schwierigkeiten und wurde bisher nur durch eine Abtrennung des Brüdens vor dem Brenner ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht eines Braunkohlenbrenners, Fig. 2 den Schnitt II - II nach Fig. 1.

In einer Öffnung 1 einer Seitenwand 2 eines Feuerraumes ist ein Brenner 3 zur Verbrennung von staubförmiger Braunkohle angeordnet. Der Brenner 3 besteht aus mehreren, im vorliegenden Fall aus drei übereinander angeordneten Einzelbrennern 3.1, 3.2, 3.3. Die Einzelbrenner 3.1, 3.2, 3.3 liegen in einer feuerfesten Ausmauerung 4.

Jeder Einzelbrenner 3.1, 3.2, 3.3 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und besteht aus einem Brennerrohr 5. Das Brennerrohr 5 ist über einen Krümmer 6 mit einer Staubleitung 7 verbunden, die zu einer nicht gezeigten Mühle geführt ist. In der Mühle wird Rohbraunkohle gemahlen und während des Mahlens mit Hilfe von heißem Rauchgas, das aus dem Feuerraum angesaugt wird, getrocknet. Das Rauchgas dient gleichzeitig als Trocknungs- und Trägergas.

In dem dem Krümmer 6 zugewandten, eintrittsseitigen Ende des Brennerrohres 5 ist ein Drallerzeuger 8 mit einem mittig angeordneten Verdrängungsköper 9 installiert. Der Drallerzeuger 8 ist auf seinem Umfang mit mehreren Schaufeln versehen, die auf dem Verdrängungskörper 9 befestigt sind. Die Schaufeln des Drallerzeugers 8 sind gegen die Längsachse des Brennerrohres 5 mit einem Winkel von 15 bis 45° überdeckend angeordnet.

In der Mündung des Brennerrohres 5 ist ein Stabilisierungsring 10 angeordnet, der in das Brennerrohr 5 hineinragt. Der Stabilisierungsring 10 enthält zwei Gruppen von Segmenten 11, die mit Abstand voneinander und gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Segmente 11.1 der ersten Gruppe sind stegartig mit einer geringen Wanddicke ausgebildet und in Längsrichtung des Brennerrohres 5 ausgerichtet. Axial und radial zwischen den Segmenten 11.1 der ersten Gruppe befinden sich die Segmente 11.2 der zweiten Gruppe. Diese Segmente 11.2 sind kürzer und in Umfangsrichtung des Brennerrohres 5 gesehen breiter als die Segmente 11.1. In dem dargestellten Fall sind jeweils sechs Segmente 11.1, 11.2 vorgesehen. Die radiale, in das Brennerrohr 5 hineinragende Länge der Segmente 11.1, 11.2 beträgt etwa 10 bis 20 % des inneren Durchmessers des Brennerrohres 5. Ihre Länge in Umfangsrichtung kann 1 bis 20% des inneren Durchmessers des Brennerrohres 5 betragen.

Im Bereich der Mündung des Brennerrohres 5 ist in einem radialen Abstand von der Innenkante des Stabilisierungsringes 10 ein Rohrabschnitt 12 angeordnet, der über die Segmente 11.1 des Stabilisierungsringes 10 an der Innenwand des Brennerrohres 5 abgestützt ist. Der Rohrabschnitt 12 ragt um ein Stück in das Brennerrohr 5 hinein und um ein Stück über die Mündung des Brennerrohres 5 hinaus.

Das Brennerrohr 6 ist von einem ringförmigen, zum Feuerraum hin offenen Luftkanal 13 umgeben. Der Luftkanal 13 ist mit einem vorzugsweise spiralenförmigen Eintrittsgehäuse 14 verbunden. Über den Luftkanal 13 wird die Verbrennungsluft als Sekundärluft aufgegeben. In dem Mündungsquerschnitt des Luftkanals 13 ist auf dem Brennerrohr 5 eine Luftabweiskehle 15 angeordnet. Das Ende der Luftabweiskehle 15 ragt in die Öffnung 1 der Seitenwand 2 des Feuerraumes hinein und ist auf diesem Teil als ein nach außen hin weisender Kegel ausgebildet.

Der in der Mühle gemahlene und getrocknete Braunkohlenstaub gelangt zusammen mit dem Trägergas durch die Staubleitung 7 über den Krümmer 6 in das Brennerrohr 5. Der Krümmer 6 ist als Prallkrümmer ausgebildet und auf der Anströmseite mit Prallplatten versehen. In dem Krümmer 6 findet eine erste Separation der Kohlepartikel aus dem Kolenstaub-Trägergas-Strom statt, die durch den stromabwärts gelegenen Verdrängungskörper 9 und den Drallerzeuger 8 verstärkt wird. Hierdurch wird ein Mantelstrom erzeugt, der bevorzugt mit Kohlepartikel angereichert ist. Der brennstoffreiche Mantelstrom umschließt einen brennstoffarmen Brüdenstrom, der größere Mengen an Wasserdampf und inerten Gasen enthält. Die in den Mantelstrom hineinragenden Segmente 11.1, 11.2 des Stabilisierungsringes 10 bewirken eine Verwirbelung des Mantelstromes, wodurch eine sichere Zündung in der Ebene der Mündung des Brennerrohres 5 sowie eine stabile Flammenzone in dem Feuerraum erzeugt wird. Der Rohrabschnitt 12 in der Brennermündung verhindert einen Stoffaustausch zwischen dem teilweise verwirbelten brennstoffreichen Mantelstrom und dem sauerstoff- und brennstoffarmen, zentralen Brüdenstrom. Der Rohrabschnitt 12 trägt damit zur weiteren Stabilisierung der Zündung bei. Der Kegel der Luftabweiskehle 15 hält die aus dem Luftkanal 13 austretende Sekundärluft von der Brennermündung fern und verhindert so, daß der Zündvorgang durch Luftschwankungen und hohe Austrittsgeschwindigkeiten oder Wirbelbildung beeinträchtigt wird.

Claims (3)

1. Brenner zum Verbrennen von staubförmiger Braunkohle, dessen Mündung in der Wand eines Feuerraumes angeordnet ist, wobei der Brenner (3) mit einer Mühle über eine Staubleitung (7) verbunden ist, einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und von einem ringförmigen Luftkanal (13) umgeben und mit einem Verdrängungskörper (9) und einem Drallerzeuger (8) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallerzeuger (8) mit dem Verdrängungskörper (9) in dem eintrittsseitigem Ende des Brenners (3) angeordnet ist und einen brennstoffreichen Mantelstrom und einen brennstoffarmen Brüdenstrom erzeugt, daß in der Mündung des Brenners (3) ein Stabilisierungsring (10) angeordnet ist, der nach innen gerichtete, mit seitlichem Abstand voneinander angeordnete Segmente (11.1, 11.2) aufweist, die in den Mantelstrom hineinragen und daß in der Mündung des Brenners (3) in einem radialen Abstand von der Innenkante des Stabilisierungsringes (10) ein Rohrabschnitt (12) angeordnet ist, der über die Segmente (11.1) des Stabilisierungsringes (10) an der Innenwand des Brennerrohres (5) abgestützt ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11.1, 11.2) bezogen auf die Längs- und die Umfangsrichtung des Stabilisierungsringes (10) eine unterschiedliche Länge aufweisen und daß die unterschiedlich langen Segmente (11.1, 11.2) jeweils abwechselnd über den Umfang verteilt sind.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mündung des Luftkanales (13) eine Luftabweiskehle (15) angeordnet ist, die auf dem Brennerrohr (5) abgestützt und an ihrem Ende mit einem nach außen weisenden Kegel versehen ist.

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