EP2657599A1 - Brenner für staub- und/oder partikelförmige Brennstoffe mit veränderlichem Drall - Google Patents

Brenner für staub- und/oder partikelförmige Brennstoffe mit veränderlichem Drall Download PDF

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EP2657599A1
EP2657599A1 EP20130164536 EP13164536A EP2657599A1 EP 2657599 A1 EP2657599 A1 EP 2657599A1 EP 20130164536 EP20130164536 EP 20130164536 EP 13164536 A EP13164536 A EP 13164536A EP 2657599 A1 EP2657599 A1 EP 2657599A1
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EP
European Patent Office
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group
deflection means
flow channel
deflection
burner according
Prior art date
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EP20130164536
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EP2657599B1 (de
Inventor
Dr. Stefan Hamel
Michael Hohendorf
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.)
Babcock Borsig Steinmueller GmbH
Original Assignee
Babcock Borsig Steinmueller GmbH
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    • 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
    • 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
    • F23C7/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes adjustable
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
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    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02—Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus
    • 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
    • F23D2900/01001—Pulverised solid fuel burner with means for swirling the fuel-air mixture

Definitions

  • the invention relates to a burner for dust and / or particulate fuels, with a flow channel for the transport of at least one gas stream into a combustion chamber, wherein the flow channel has an annular cross-section and a Verdalll adopted imparting a twist in the circumferential direction of the gas flow.
  • burners of the aforementioned type are typically used, the burners are associated with corresponding combustion chambers.
  • the burners are also referred to as dust burners and used in particular in large-scale combustion plants.
  • the fuel must be in the form of fine particles in order to be burned with the help of appropriate burners.
  • the fuel is finely ground so that one speaks of coal dust.
  • not all fuels can be reasonably finely ground.
  • the fuels are so fine that they can be selectively injected into the combustion chamber via the burner with the aid of a gas flow.
  • the gas flow ultimately serves the pneumatic delivery of the fuel and usually also provides oxygen for combustion.
  • the gas stream is therefore in simple cases air. It can also be about oxygen enriched air or another oxygen-containing gas mixture.
  • the gas stream that transports the fuel into the combustion chamber is also called primary air regardless of its composition.
  • the burners of the type mentioned usually have additional flow channels through which further gas flows are blown into the combustion chamber. Unlike the primary air, the gas flows do not transport any fuel, which is why these gas flows are also called secondary air. Most of the primary flow is fed near the center of the burner cross-section of the combustion chamber. For this purpose, the burner has an annular flow channel for the primary air. Concentric to this flow channel further flow channels may be provided, which are flowed through by secondary air.
  • the secondary air may also be air or another oxygen-containing gas mixture which, if necessary, consists essentially of oxygen (technical oxygen).
  • the flow of the primary air and the flow of secondary air is imparted in the burner by means of separate Verdrall Nuren a twist in the circumferential direction.
  • the flow lines of the primary air and / or the secondary air form the shape of a spiral in the corresponding flow channel.
  • the Verdrall featured deflection means which deflect the gas flow relative to the longitudinal direction of the flow channel in the circumferential direction to the side.
  • the swirl is required to achieve favorable combustion of the fuel and the formation of only small amounts of nitrogen oxides (NOx).
  • the optimal spin of the primary air and / or the secondary air is highly dependent on the fuel used. For example, the particle size, the calorific value and the proportion of volatile components play a special role.
  • the burners used In order to operate dust firing power plants with a wide range of different fuels, therefore, the burners used must be adjustable with regard to the generated twist.
  • the deflection means are usually distributed over the circumference of the corresponding annular gap. Their angle of attack relative to the longitudinal axis of the annular gap can in the known from the prior art, such as DE 10 2005 032 109 A1 , known burners are varied by means of different adjustment mechanisms.
  • a disadvantage of the known adjustment mechanisms is that they are complicated and expensive to manufacture, as well as prone to failure and complicated to handle.
  • the present invention is therefore based on the object, the known from the prior art burner in such a way and further, that the known from the prior art disadvantages are reduced.
  • the invention has recognized that the twist impressed on the gas flow in a flow channel can be varied very easily if the deflection means are subdivided into at least two groups of deflection means, which can then be adjusted relative to one another in their position.
  • a group of deflecting means is fixed relative to one another on a supporting structure, which can be adjusted in at least one spatial direction. This makes it possible to change the relative position of the second group of deflecting means to the first group of deflecting means. It is therefore fundamentally not necessary for the first group of deflecting means to be designed to be movable with respect to their position in the burner.
  • the deflection of the first group of deflection can be mounted stationary to each other on a further support structure, which can be adjusted relative to the flow channel.
  • a third group of deflection means may be provided.
  • Each of these groups of deflecting means can be provided fixed or movable relative to the corresponding flow channel.
  • the deflection means it is not absolutely necessary for the deflection means to be arranged completely stationary relative to one another. However, this is possible because an adjustment of the support structure in principle is sufficient to adjust the deflection in the desired manner. If this is desired and justifies the additional outlay, individual or all deflecting means of the second group of deflecting devices may also be arranged separately in relation to the other deflecting means and / or with respect to the supporting structure.
  • the inclination of the deflection means relative to the longitudinal axis of the corresponding flow channel can be variable.
  • the adjustment of the support structure relative to the flow channel without simultaneous adjustment of the orientation of the deflection means of the second group of deflection means can be carried out with each other.
  • the supporting structure can be displaced axially relative to the flow channel.
  • the support structure can be rotated about the longitudinal axis of the flow channel.
  • Complicated adjustment mechanisms which are known from the prior art and at the same time complicated to handle, are dispensed with by the invention.
  • Corresponding Verdrall Vintageen may be provided in only one flow channel or in a plurality of flow channels to serve the adaptation of the burner to different fuels.
  • the Verdrall issued but be provided in the flow channel of the fuel transporting primary air, since the variation of the twist is of particular importance.
  • At least one concentric flow channel preferably at least two concentric flow channels, are provided for secondary air to a flow channel for the primary air.
  • the secondary air flow channels are arranged around the primary air flow channel.
  • the deflection means have inclined guide surfaces with respect to the longitudinal direction of the flow channel. Through these guide surfaces, along which flows the gas flow, this is deflected in the circumferential direction. This ultimately leads to the gas flow is imparted a twist in the circumferential direction of the flow channel.
  • the deflection means are designed as guide vanes and / or baffles.
  • the deflection means having a curved guide surface.
  • a baffle is understood to mean a deflection device which is formed only from a thin sheet metal. baffles allow a special degree of material savings in terms of Verdrall Anlagen.
  • the flow channel may be formed in the form of a hollow cylinder.
  • This axial region is, for example, at least twice as long as the outer diameter of the hollow cylindrical flow channel.
  • Corresponding burners make it possible to supply the combustion chamber with a uniformly twisted flow, which continues far into the combustion chamber.
  • the inner tube may be a core tube, a primary tube or a secondary tube.
  • the outer tube is formed by a primary tube.
  • the inner tube can also be formed by a primary tube or a secondary tube, in which case the outer tube is correspondingly a secondary tube or a tertiary tube.
  • the gas flow is preferably formed by a non-fuel added secondary air.
  • the burner has a fuel feed for the supply of dust and / or particulate fuel into the flow channel. Then the fuel can be selectively supplied to the burner and mixed in the burner with primary air. A previous mixing with the risk of a subsequent partial separation and deposition of fuel in the pipe system can be avoided.
  • At least the second group of deflection means may preferably be adjusted so that the deflection means of the second group of deflection means and the first group of deflection means are aligned with each other.
  • the adjoining deflection means may also be aligned in alignment with one another by a plurality of groups of deflection means.
  • at least the second group of deflecting means can however also be adjusted such that the adjacent deflecting means of at least the first and the second group of deflecting means are arranged offset from one another.
  • the deflection means of the adjacent groups of deflection means are then arranged one behind the other, wherein the deflection means cover partially or completely in the longitudinal direction of the flow channel.
  • the staggered and the aligned position are not necessarily absolute. It may also be a more aligned and a more displaced position of the deflection of the various groups of deflection means in question. As a result, it can ultimately be achieved that the deflection of one group of deflecting means is continued more or less by the other group of deflecting means.
  • the staggered multiple groups of deflection means are arranged to each other, the less the deflection of the gas flow will complement the individual groups of deflection means.
  • the deflection means of the second group of Umklenkstoffn continue in a position thereof in the Umklenkstoffn the first group of deflection and / or vice versa. In other words, this means that the deflection means of the different groups of deflection means merge into one another.
  • the deflection means of the individual groups of Umklenkstoffkarn can thus form a series of common deflection means, although the Umklenkstoff the different groups of deflection means are not connected to each other directly.
  • an effect can be achieved as with significantly longer deflecting means, which in the present case are assembled in a position of the second group of deflecting means from the individual deflecting means.
  • a larger free flow cross-section in the longitudinal direction of the flow channel can be provided in a first position of the second group of deflecting means between the deflecting means of the first and second group of deflecting means.
  • a lesser free flow cross-section for the gas flow in the longitudinal direction of the flow channel can then be provided between the deflection means of the first and second group of deflection means.
  • the deflecting means of the first group of deflecting means and the second group of deflecting means form common deflecting channels inclined with respect to the longitudinal direction of the flow channel.
  • the deflection of the at least two groups of deflection means can thus be brought into a complementary position.
  • the deflecting means of one group of deflecting means form flow channels between one another, which are preferably continued unchanged by the deflecting means of the other group of deflecting means.
  • the groups of deflection means can then more strongly divert the gas flow together.
  • the second group of deflecting means is adjusted so that the flow channels of the one group of deflecting means are not continuations of the flow channels of the other group of deflection, but separate flow channels, however, a much lower deflection and thus a significantly lower swirl is achieved.
  • the Verdrall beautiful may comprise at least a third group of distributed over the circumference of the flow channel deflection means for generating the twist.
  • the degree of swirl imparted to the gas flow can be adjusted over a larger range become. However, this is usually purchased through a higher design effort for the burner.
  • a third group of deflection devices these may be provided with deflection means which are arranged stationary relative to one another and which are held on a further support structure.
  • the support structure can then be axially displaceable and / or rotatable about the longitudinal axis of the flow channel to change the impressed twist along the flow channel.
  • both the second and the third group of deflection can be adjusted to vary the twist. In this way, a higher freedom to adjust the twist is achieved.
  • it is structurally simpler if only the second group of deflecting means is provided movably. Then, it is particularly appropriate if the second group of deflecting means is provided between the first and the third group of deflecting means.
  • the first group of deflecting means is provided fixedly in the flow channel.
  • a structurally simple burner can be provided if the support structure is annular.
  • the support structure can easily follow the outer circumference of the inner, the flow channel limiting tube.
  • the support structure may also be formed as a concentric double ring structure, wherein the deflection means are each held between the rings of the double ring structure.
  • the inner ring of the Double ring structure follow the outer circumference of the inner, the flow channel bounding tube, while the outer ring of the double ring structure follows the inner circumference of the outer, the flow channel bounding tube.
  • a burner 1 is shown in a longitudinal section, which is arranged in the wall W of a combustion chamber B.
  • the burner 1 has a number of tube sections arranged concentrically with one another.
  • a core tube 3 is provided.
  • the core tube 3 may be provided a burner lance or another, here purely schematically represented means.
  • a primary tube 4 Concentric with the core tube 3, a primary tube 4 is provided, which includes with the core tube 3 a flow channel 5 with an annular cross-section.
  • the core tube 3 and the primary tube 4 form a flow channel 5 in the form of a hollow cylinder.
  • the primary air is transported in the direction of the combustion chamber.
  • the primary air is supplied via a feed device, not shown, a particulate fuel.
  • the particles of the fuel are in the Fig. 1 not shown for reasons of clarity.
  • the primary tube 4 ends adjacent to the combustion chamber B in a so-called primary throat 6 with a conically widening cross-section.
  • a so-called flame holder 7 is attached.
  • the flame holder 7 has a toothed radially projecting into the primary air edge 8, which serves the swirling of the primary air into the combustion chamber B inside.
  • a first secondary pipe 9 and a second secondary pipe 10 Concentric with the primary pipe 4, a first secondary pipe 9 and a second secondary pipe 10 are provided.
  • the respective outer tube 9, 10 also forms with the respective inner tube 4, 9 annular flow channels 11, 12 for secondary air, which is not mixed with fuel particles.
  • a secondary throat 13 is provided with a conically widening cross-section.
  • a so-called muffle 14 is provided in the form of a conical enlargement. The inclination angle of the muffle 14 is greater than the inclination angle of the secondary groove 13, the inclination angle in turn is greater than the inclination angle of the primary throat 6.
  • cooling lines 15 are assigned, which partially between the muffle 14 and the wall W of the combustion chamber B and are partially positioned on the inner side of the wall W of the combustion chamber B. Due to the concentric arrangement of the core tube 3, the primary tube 4 and the secondary tubes 9,10 and the assignment of the feed fuel for particulate fuel, ie by the concentric arrangement of the annular flow channels 5,11,12, it is achieved that around the primary air flow leading to the fuel two secondary air streams are passed into the combustion chamber B. If necessary, further secondary pipes and flow channels can be provided for further secondary air. A waiver of the second secondary pipe 10, however, is possible, but less desirable as a rule.
  • the primary air flow which flows through the annular gap between the core tube 3 and the primary tube 4, is impressed by means of a Verdrall Rhein 16 a twist in the circumferential direction.
  • the primary air flow is thus spirally offset from the central axis 2 in rotation.
  • the Verdrall Hughes 16 is composed of three groups distributed over the handling of the flow channel provided deflecting means 17,18,19 for deflecting the primary air flow in the circumferential direction together.
  • Verdrall coupleden 20,21 are provided which impart a spin in the circumferential direction of the flow channels 11,12 the secondary air flows.
  • the Verdrall drivingen 20,21 in the flow channels 11,12 for the secondary air in each case only a group of distributed over the circumference of the flow channels 11,12 deflection. It however, it would also be possible to provide a plurality of groups of deflecting means one behind the other, if necessary in addition to or as a replacement for the plurality of deflecting means 17,18,19 having Verdrall worn 16 in the core tube 3 and the primary tube 4 limited flow channel. 5
  • the core tube 3 of the burner 1 and the Verdrall Anlagen 16 are shown as a detail of the burner 1.
  • the Verdrall Anlagen 16 has in the illustrated and so far preferred burner 1 three groups of deflection means 17,18,19, which are in the present case in the form of baffles.
  • the deflection means 17,18,19 each group of deflection means 17,18,19 are arranged distributed over the circumference of the flow channel 5 for the primary air.
  • the deflection means 17 of the first group of deflection means 17 are fixedly mounted on the core tube 3, while the deflection means 18,19 of the remaining groups of deflection means 18,19 are mounted stationary on each other on annular support structures 22,23.
  • the support structures 22, 23 are slidably provided in the illustrated preferred burner 1 in the longitudinal direction of the flow channel 5. Therefore, the deflection 17,18,19 in the Fig. 2a and 2b occupy positions shown.
  • the groups of deflection means 17,18,19 are clearly spaced from each other.
  • the distance between the groups of deflecting means 17, 18, 19 corresponds to at least the width of the groups of deflecting means 17, 18, 19 in the longitudinal direction of the flow channel 5 in the illustrated preferred burner 1.
  • the primary air flow is consequently through each of the groups of deflecting means 17, 18 , 19 in Deflected circumferential direction, whereby a twist is generated.
  • the primary air flow between the groups of deflecting means 17, 18, 19 is not deflected, so that the previously impressed swirl can be partially canceled out again.
  • a Verdrall worn 30 with a first group of deflection means 31 and a second group of deflection means 32.
  • a development of the core tube 33 with the deflecting means 31, 32 provided thereon is shown.
  • the first group of deflection means 31 is fixed in place on the core tube 33.
  • the second group of deflecting means 32 is only fixed to one another in a stationary manner on a support structure 34, which can itself be displaced in the longitudinal direction of the flow duct.
  • the flow lines S illustrate that in the in the Fig.
  • the deflection means 31, 32 have guide surfaces 36 protruding into the primary gas flow.
  • burner 40 is the first group of deflection means 41 fixed on the core tube 42 fixed from which in the Fig. 4a and 4b a settlement is shown.
  • the second group of deflection means 43 is held stationary relative to one another on a support structure 44.
  • the support structure 44 can be rotated about the central axis of the burner 40. In this way, the overlap of the deflection 41.43 of the two groups of deflection 41.43 changed and so the swirl of the primary gas flow can be varied.
  • the second group of deflection means 43 according to Fig.
  • the deflection 41.43 a free flow cross-section through which a portion of the primary air flow can pass in a straight line in the longitudinal direction of the flow channel.
  • the free flow cross section is again characterized by the circumferential segments Q. This is in the position the second group of deflection means 43 according to Fig. 4b not the case.
  • the free flow cross sections are closed and the entire primary air flow is deflected, thus ultimately increasing the swirl imposed on the primary air flow.
  • the groups of deflection means 17, 18, 19, 31, 32 can be used , 41.43 into a position according to Fig. 2b . 3b or 4b to be brought.
  • the deflecting means 17,31,41 of the first group of deflection means 17,31,41 and the deflection means 18,19,32,43 of the second group of deflection means 18,19,32,43 are then aligned in alignment with each other, wherein the deflection means 18th , 19,32,43 continue the second group of deflection means 18,19,32,43 in the deflection 17,31,41 of the first group of deflection 17,31,41.
  • the deflecting means 17, 31, 41 of the first group of deflecting means 17, 31, 41 and the second group of deflecting means 18, 19, 32, 43 form common deflecting channels inclined with respect to the longitudinal direction of the flow channel.
  • At least the second group of deflection means 18, 19, 32, 43 into a position according to FIG Fig. 2a . 3a or 4a to be brought.
  • deflection means 17,18,19,31,32,41,43 of the first group of deflection means 17,31,41 and the second group of deflection means 18,19,32,43 offset from one another.
  • a group of Deflection means 17,18,19,31,32,41,43 is a gap between two deflection means 17,18,19,31,32,41,43 another group of deflection means 17,18,19,31,32,41, 43rd
  • the two groups of deflecting means 17, 18, 19, 31, 32, 41, 43 respectively form separate deflecting channels between the deflecting means 17, 18, 19, 31, 32, 41, 43, although they are inclined with respect to the longitudinal direction of the flow channel are, but nevertheless provided in the longitudinal direction of each other.

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Brenner (1,35,40) für staub- und/oder partikelförmige Brennstoffe, mit einem Strömungskanal (5) zum Transport von wenigstens einem Gasstrom in eine Brennkammer (B), wobei der Strömungskanal (5) einen ringförmigen Querschnitt und eine dem Gasstrom einen Drall in Umfangsrichtung aufprägende Verdralleinrichtung (16) aufweist. Um die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermindern zu können, ist vorgesehen, dass die Verdralleinrichtung (16) wenigstens eine erste und eine zweite Gruppe von über den Umfang des Strömungskanals verteilten Umlenkmitteln (17,18,19,31,32,41,43) zum Erzeugen des Dralls aufweist, dass wenigstens die zweite Gruppe Umlenkmittel (18,19,32,43) ortsfest zueinander an einer Tragstruktur (22,34,44) gehalten ist und dass die Tragstruktur zur Veränderung des aufgeprägten Dralls entlang des Strömungskanals (5) axial verschiebbar und/oder um die Längsachse des Strömungskanals (5) drehbar vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner für staub- und/oder partikelförmige Brennstoffe, mit einem Strömungskanal zum Transport von wenigstens einem Gasstrom in eine Brennkammer, wobei der Strömungskanal einen ringförmigen Querschnitt und eine dem Gasstrom einen Drall in Umfangsrichtung aufprägende Verdralleinrichtung aufweist.
  • Um feste Brennstoffe mit hoher Effizienz und unter geringer Schadstoffentwicklung zu verbrennen, werden typischerweise Brenner der zuvor genannten Art verwendet, wobei die Brenner entsprechenden Brennkammern zugeordnet sind. Die Brenner werden auch als Staubbrenner bezeichnet und insbesondere in großtechnischen Feuerungsanlagen verwendet. Der Brennstoff muss in Form von feinen Partikeln vorliegen, um mit Hilfe entsprechender Brenner verbrannt werden zu können. Insbesondere bei der Verbrennung von Kohle wird der Brennstoff so fein gemahlen, dass man von Kohlenstaub spricht. Es lassen sich jedoch nicht alle Brennstoffe sinnvoll so fein mahlen.
  • Die Brennstoffe sind aber so fein, dass sie mit Hilfe eines Gasstroms über den Brenner gezielt in die Brennkammer eingeblasen werden können. Der Gasstrom dient letztlich der pneumatischen Förderung des Brennstoffs und stellt üblicherweise zudem auch Sauerstoff für die Verbrennung bereit. Bei dem Gasstrom handelt es sich also in einfachen Fällen um Luft. Es kann sich aber auch um mit Sauerstoff angereicherte Luft oder um eine andere sauerstoffhaltige Gasmischung handeln. Der Gasstrom, der den Brennstoff in die Brennkammer transportiert, wird unabhängig von seiner Zusammensetzung auch als Primärluft bezeichnet.
  • Die Brenner der genannten Art weisen meist zusätzliche Strömungskanäle auf, über die weitere Gasströmungen in die Brennkammer eingeblasen werden. Die Gasströmungen transportieren im Gegensatz zur Primärluft keinen Brennstoff, weshalb diese Gasströmungen auch als Sekundärluft bezeichnet werden. Meist wird die Primärströmung nahe dem Zentrum des Brennerquerschnitts der Brennkammer zugeführt. Dazu weist der Brenner einen ringförmigen Strömungskanal für die Primärluft auf. Konzentrisch zu diesem Strömungskanal können weitere Strömungskanäle vorgesehen sein, welche von Sekundärluft durchströmt werden. Auch bei der Sekundärluft kann es sich um Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gasgemisch handeln, das bedarfsweise im Wesentlichen aus Sauerstoff besteht (technischer Sauerstoff).
  • Der Strömung der Primärluft und der Strömung der Sekundärluft wird im Brenner mittels separater Verdralleinrichtungen ein Drall in Umfangsrichtung aufgeprägt. Mit anderen Worten bilden die Strömungslinien der Primärluft und/oder der Sekundärluft im entsprechenden Strömungskanal die Form einer Spirale aus. Zum Aufprägen des Dralls weist die Verdralleinrichtung Umlenkmittel auf, welche die Gasströmung gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals in Umfangsrichtung zur Seite ablenken. Der Drall ist erforderlich, um eine günstige Verbrennung des Brennstoffs und die Bildung nur geringer Mengen an Stickoxiden (NOx) zu erreichen.
  • Der optimale Drall der Primärluft und/oder der Sekundärluft ist in hohem Maße von dem verwendeten Brennstoff abhängig. Dabei spielt beispielsweise die Partikelgröße, der Heizwert und der Anteil flüchtiger Komponenten eine besondere Rolle. Um Staubfeuerungskraftwerke mit einer großen Bandbreite verschiedener Brennstoffe betreiben zu können, müssen die verwendeten Brenner daher hinsichtlich des erzeugten Dralls einstellbar sein. Um dies zu erreichen, werden die Umlenkmittel meist über den Umfang des entsprechenden Ringspalts verteilt. Ihr Anstellwinkel gegenüber der Längsachse des Ringspalts kann bei den aus dem Stand der Technik, etwa der DE 10 2005 032 109 A1 , bekannten Brennern mittels unterschiedlicher Einstellmechanismen variiert werden. Nachteilig an den bekannten Einstellmechanismen ist jedoch, dass diese aufwendig und kostenintensiv in der Fertigung, sowie störanfällig und kompliziert in der Handhabung sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Brenner derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermindert werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Brenner nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Verdralleinrichtung wenigstens eine erste und eine zweite Gruppe von über den Umfang des Strömungskanals verteilten Umlenkmitteln zum Erzeugen des Dralls aufweist, dass wenigstens die zweite Gruppe von Umlenkmitteln ortsfest zueinander an einer Tragstruktur gehalten ist und dass die Tragstruktur zur Veränderung des aufgeprägten Dralls entlang des Strömungskanals axial verschiebbar und/oder um die Längsachse des Strömungskanals drehbar vorgesehen ist.
  • Die Erfindung hat erkannt, dass der auf die Gasströmung in einem Strömungskanal aufgeprägte Drall sehr einfach variiert werden kann, wenn die Umlenkmittel in wenigstens zwei Gruppen von Umlenkmitteln unterteilt werden, die sich dann in ihrer Lage relativ zueinander verstellen lassen. Dazu ist eine Gruppe von Umlenkmitteln ortsfest zueinander an einer Tragstruktur fixiert, die selbst in wenigstens eine Raumrichtung verstellt werden kann. Dadurch lässt sich die relative Lage der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln zur ersten Gruppe von Umlenkmitteln verändern. Es ist also grundsätzlich nicht erforderlich, dass auch die erste Gruppe von Umlenkmitteln beweglich in Bezug auf ihre Lage im Brenner ausgebildet ist. Zur Vergrößerung der Freiheitsgrade bei der Variation des Dralls, können aber auch die Umlenkmittel der ersten Gruppe von Umlenkmitteln ortsfest zueinander an einer weiteren Tragstruktur montiert sein, die sich relativ zum Strömungskanal verstellen lässt.
  • Um die Freiheitsgrade bei der Variation des Dralls zu steigern, kann eine dritte Gruppe von Umlenkmitteln vorgesehen sein. Es sind auch darüber hinausgehende Gruppen von Umlenkmitteln denkbar, auch wenn diese den konstruktiven Aufwand des Brenners weiter steigern. Jede dieser Gruppen von Umlenkmitteln kann dabei ortsfest oder beweglich relativ zum entsprechenden Strömungskanal vorgesehen sein. Im Übrigen kommt es auch bei den ersten beiden Gruppen von Umlenkmitteln nicht zwingend darauf an, dass die Umlenkmittel vollkommen ortsfest zueinander angeordnet sind. Dies ist jedoch möglich, weil eine Verstellung der Tragstruktur grundsätzlich ausreicht, um die Umlenkmittel in gewünschter Weise zu verstellen. Wenn dies gewünscht ist und den zusätzlichen Aufwand rechtfertigt, können von der zweiten Gruppe von Umlenkeinrichtungen einzelne oder alle Umlenkmittel auch separat in Bezug auf die anderen Umlenkmittel und/oder in Bezug auf die Tragstruktur verstellbar angeordnet sein.
  • Dabei kann insbesondere die Neigung der Umlenkmittel gegenüber der Längsachse des entsprechenden Strömungskanals veränderlich sein. Es ist jedoch besonders bevorzugt, wenn die Verstellung der Tragstruktur relativ zum Strömungskanal ohne gleichzeitiges Verstellen der Ausrichtung der Umlenkmittel der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln untereinander erfolgen kann. So wird nicht nur ein definiertes Verstellen der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln in Bezug auf die erste Gruppe von Umlenkmitteln ermöglicht, sondern auch eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Brenners erreicht.
  • Um die eine Gruppe von Umlenkmitteln relativ zur anderen Gruppe von Umlenkmitteln bewegen zu können, kann die Tragstruktur axial zum Strömungskanal verschoben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Tragstruktur um die Längsachse des Strömungskanals gedreht werden. Auf diese Weise kann letztlich der Drall der Gasströmung durch eine einfache Verstellung des Brenners mittels eines konstruktiv einfachen und zudem sehr zuverlässigen Einstellmechanismus eingestellt werden. Komplizierte Einstellmechanismen, die aus dem Stand der Technik bekannt und zugleich kompliziert zu handhaben sind, werden durch die Erfindung entbehrlich. Entsprechende Verdralleinrichtungen können in nur einem Strömungskanal oder in mehreren Strömungskanälen vorgesehen sein, um der Adaption des Brenners an verschiedene Brennstoffe zu dienen. Insbesondere wird die Verdralleinrichtung aber im Strömungskanal der den Brennstoff transportierenden Primärluft vorgesehen sein, da hier die Variation des Dralls von besonderer Bedeutung ist.
  • Zudem ist es grundsätzlich bevorzugt, wenn zu einem Strömungskanal für die Primärluft wenigstens ein konzentrischer Strömungskanal, vorzugsweise wenigstens zwei konzentrische Strömungskanäle, für Sekundärluft vorgesehen sind. Insbesondere sind die Strömungskanäle für Sekundärluft um den Strömungskanal für Primärluft herum angeordnet.
  • Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des Brenners weisen die Umlenkmittel gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals geneigte Leitflächen auf. Durch diese Leitflächen, an denen die Gasströmung entlang strömt, wird diese in Umfangsrichtung abgelenkt. Dies führt letztlich dazu, dass der Gasströmung ein Drall in Umfangsrichtung des Strömungskanals aufgeprägt wird.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es besonders bevorzugt, wenn die Umlenkmittel als Leitschaufeln und/oder Leitbleche ausgebildet sind. Unter Leitschaufeln werden in diesem Zusammenhang solche Umlenkmittel verstanden, die eine gekrümmte Leitfläche aufweisen. Durch entsprechend gekrümmte Leitflächen kann der von der Verdralleinrichtung bewirkte Druckverlust gegebenenfalls gesenkt werden. Unter einem Leitblech wird dagegen eine Umlenkeinrichtung verstanden, die lediglich aus einem dünnen Blech gebildet ist. Leitbleche ermöglichen in besonderem Maße eine Materialeinsparung hinsichtlich der Verdralleinrichtung.
  • Unabhängig davon kann der Strömungskanal in Form eines Hohlzylinders ausgebildet sein. Dieser axiale Bereich ist beispielsweise wenigstens zweifach so lang wie der Außendurchmesser des hohlzylinderförmigen Strömungskanals. Entsprechende Brenner ermöglichen es, der Brennkammer eine gleichmäßig verdrallte Strömung zuzuführen, die sich weit in die Brennkammer hinein fortsetzt.
  • Als besonders zweckmäßig hat es sich hinsichtlich eines einfachen und kompakten Aufbaus des Brenners erwiesen, wenn der Strömungskanal von einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr begrenzt wird. Dabei ist es aus Symmetriegründen weiter bevorzugt, wenn die beiden Rohre konzentrisch zueinander ausgebildet sind. Je nachdem, ob es sich bei der Gasströmung um Primärluft und/oder Sekundärluft handelt, kann es sich bei dem inneren Rohr um ein Kernrohr, ein Primärrohr oder ein Sekundärrohr handeln. Im Falle eines Kernrohrs wird das äußere Rohr durch ein Primärrohr gebildet. Diese Ausgestaltung des Brenners ist besonders bevorzugt, weil die Variation des Dralls insbesondere der Primärluft von besonderer Bedeutung für die Verbrennung des Brennstoffs ist. Alternativ oder zusätzlich kann das innere Rohr aber auch durch ein Primärrohr oder ein Sekundärrohr gebildet werden, wobei dann entsprechend das äußere Rohr ein Sekundärrohr oder ein Tertiärrohr ist. Bei diesen Fällen wird die Gasströmung vorzugsweise durch eine nicht mit Brennstoff versetzte Sekundärluft gebildet.
  • Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn der Brenner eine Brennstoffzuführung für die Zufuhr von staub- und/oder partikelförmigem Brennstoff in den Strömungskanal aufweist. Dann kann der Brennstoff dem Brenner gezielt zugeführt und im Brenner mit Primärluft vermischt werden. Eine vorhergehende Vermischung mit der Gefahr von einer nachträglich teilweisen Entmischung und Ablagerung von Brennstoff im Leitungssystem kann so vermieden werden.
  • Wenigstens die zweite Gruppe von Umlenkmitteln kann vorzugsweise so verstellt werden, dass die Umlenkmittel der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln und der ersten Gruppe von Umlenkmitteln fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Je nach der Anzahl der verwendeten Gruppen von Umlenkmitteln können auch die aneinander angrenzenden Umlenkmittel von mehreren Gruppen von Umlenkmitteln fluchtend zueinander ausgerichtet sein. Wenigstens die zweite Gruppe von Umlenkmitteln kann im Gegensatz dazu aber auch so verstellt werden, dass die benachbarten Umlenkmittel wenigstens der ersten und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln versetzt zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Umlenkmittel der benachbarten Gruppen von Umlenkmitteln dann hintereinander angeordnet, wobei sich die Umlenkmittel teilweise oder vollständig in Längsrichtung des Strömungskanals überdecken. Die versetzte und die fluchtende Stellung sind nicht zwingend absolut zu verstehen. Es kann auch eine fluchtendere und eine versetztere Stellung der Umlenkmittel der verschiedenen Gruppen von Umlenkmitteln in Frage kommen. Dadurch kann letztlich erreicht werden, dass die Umlenkung der einen Gruppe von Umlenkmitteln mehr oder weniger von der anderen Gruppe von Umlenkmitteln weitergeführt wird. Je versetzter mehrere Gruppen von Umlenkmitteln zueinander angeordnet sind, desto weniger wird sich die Umlenkung der Gasströmung von den einzelnen Gruppen von Umlenkmitteln ergänzen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich die Umlenkmittel der zweiten Gruppe von Umklenkmitteln in einer Stellung derselben in den Umklenkmitteln der ersten Gruppe von Umlenkmitteln fortsetzen und/oder umgekehrt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Umlenkmittel der verschiedenen Gruppen von Umlenkmitteln ineinander übergehen. Die Umlenkmittel der einzelnen Gruppen von Umklenkmitteln können also eine Reihe von gemeinsamen Umlenkmitteln bilden, obwohl die Umklenkmittel der verschiedenen Gruppen von Umlenkmitteln untereinander nicht direkt verbunden sind. In der entsprechenden Stellung wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln kann so ein Effekt erzielt werden wie mit deutlich längeren Umlenkmitteln, die vorliegend in einer Stellung der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln aus den einzelnen Umlenkmitteln zusammengesetzt werden.
  • Um durch Verstellen wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln den auf die Gasströmung aufgeprägten Drall variieren zu können, kann in einer ersten Stellung der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln zwischen den Umlenkmitteln der ersten und zweiten Gruppe von Umlenkmitteln ein größerer freier Strömungsquerschnitt in Längsrichtung des Strömungskanals bereitgestellt werden. In einer weiteren Stellung der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln kann dann zwischen den Umlenkmitteln der ersten und zweiten Gruppe von Umlenkmitteln ein geringerer freier Strömungsquerschnitt für die Gasströmung in Längsrichtung des Strömungskanals bereitgestellt werden. Je geringer der freie Strömungsquerschnitt für die Gasströmung in Längsrichtung des Strömungskanals ist, desto weniger kann die Gasströmung ungehindert zwischen den Umlenkmitteln hindurchströmen und umso stärker wird die Gasströmung in Umfangsrichtung abgelenkt. Mit anderen Worten ist der Drall grundsätzlich umso größer, je geringer der freie Strömungsquerschnitt zwischen den Gruppen von Umlenkmitteln ist.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in einer Stellung wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln die Umlenkmittel der ersten Gruppe von Umlenkmitteln und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln gemeinsame, gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals geneigte Umlenkkanäle bilden. Die Umlenkmittel der wenigstens zwei Gruppen von Umlenkmitteln können also in eine sich ergänzende Stellung gebracht werden. Dabei bilden die Umlenkmittel der einen Gruppe von Umlenkmitteln zwischeneinander Strömungskanäle aus, die vorzugsweise unverändert, durch die Umlenkmittel der anderen Gruppe von Umlenkmitteln fortgeführt werden. Die Gruppen von Umlenkmitteln können die Gasströmung dann gemeinsam stärker ablenken. Wenn wenigstens die zweite Gruppe von Umlenkmitteln so verstellt wird, dass die Strömungskanäle der einen Gruppe von Umlenkmitteln keine Fortsetzungen der Strömungskanäle der anderen Gruppe von Umlenkmitteln, sondern separate Strömungskanäle sind, wird dagegen eine deutlich geringere Ablenkung und damit ein deutlich geringerer Drall erzielt.
  • Die Verdralleinrichtung kann wenigstens eine dritte Gruppe von über den Umfang des Strömungskanals verteilten Umlenkmitteln zum Erzeugen des Dralls aufweisen. In diesem Fall kann der Grad des Dralls, der auf die Gasströmung aufgeprägt wird, über einen größeren Bereich eingestellt werden. Erkauft wird dies jedoch regelmäßig durch einen höheren konstruktiven Aufwand für den Brenner.
  • Im Falle einer dritten Gruppe von Umlenkeinrichtungen kann diese mit ortsfest zueinander angeordneten Umlenkmitteln versehen sein, die an einer weiteren Tragstruktur gehalten sind. Die Tragstruktur kann dann zur Veränderung des aufgeprägten Dralls entlang des Strömungskanals axial verschiebbar und/oder um die Längsachse des Strömungskanals drehbar vorgesehen sein. Somit kann zur Variierung des Dralls sowohl die zweite als auch die dritte Gruppe von Umlenkmitteln verstellt werden. Auf diese Weise wird eine höhere Freiheit zur Einstellung des Dralls erreicht. Konstruktiv einfacher ist es jedoch, wenn nur die zweite Gruppe von Umlenkmitteln beweglich vorgesehen ist. Dann bietet es sich besonders an, wenn die zweite Gruppe von Umlenkmitteln zwischen der ersten und der dritten Gruppe von Umlenkmitteln vorgesehen ist.
  • Um den apparativen Aufwand gering zu halten, ist es grundsätzlich bevorzugt, wenn die erste Gruppe von Umlenkmitteln ortsfest im Strömungskanal vorgesehen ist.
  • Ein konstruktiv einfach aufgebauter Brenner kann bereitgestellt werden, wenn die Tragstruktur ringförmig ausgebildet ist. Die Tragstruktur kann dabei in einfacher Weise dem äußeren Umfang des inneren, den Strömungskanal begrenzenden Rohrs folgen. Die Tragstruktur kann auch als konzentrische Doppelringstruktur ausgebildet sein, wobei die Umlenkmittel jeweils zwischen den Ringen der Doppelringstruktur gehalten sind. Um die Gasströmung möglichst wenig zu stören, kann der innere Ring der Doppelringstruktur dem äußeren Umfang des inneren, den Strömungskanal begrenzenden Rohrs folgen, währen der äußere Ring der Doppelringstruktur dem inneren Umfang des äußeren, den Strömungskanal begrenzenden Rohrs folgt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
    • Fig. 1
    einen ersten erfindungsgemäßen Brenner in einem Längsschnitt,
    Fig. 2
    eine Verdralleinrichtung des Brenners aus Fig. 1 in einer Detaildarstellung,
    Fig. 3
    eine Verdralleinrichtung eines zweiten erfindungsgemäßen Brenners in einer schematischen Darstellung und
    Fig. 4
    eine Verdralleinrichtung eines dritten erfindungsgemäßen Brenners in einer schematischen Darstellung.
  • In der Fig. 1 ist ein Brenner 1 in einem Längsschnitt dargestellt, der in der Wand W einer Brennkammer B angeordnet ist. Der Brenner 1 weist eine Reihe von konzentrisch zueinander angeordneten Rohrabschnitten auf. Zentral und konzentrisch zur Mittelachse 2 des Brenners 1 ist ein Kernrohr 3 vorgesehen. In dem Kernrohr 3 kann eine Brennerlanze oder ein anderes, hier rein schematisch dargestelltes Mittel vorgesehen sein.
  • Konzentrisch zum Kernrohr 3 ist ein Primärrohr 4 vorgesehen, das mit dem Kernrohr 3 einen Strömungskanal 5 mit einem ringförmigen Querschnitt einschließt. Das Kernrohr 3 und das Primärrohr 4 bilden einen Strömungskanal 5 in Form eines Hohlzylinders. In diesem Strömungskanal 5 wird die Primärluft in Richtung der Brennkammer transportiert. Zuvor wird der Primärluft über eine nicht dargestellte Zuführeinrichtung ein partikelförmiger Brennstoff zugeführt. Die Partikel des Brennstoffs sind in der Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das Primärrohr 4 endet angrenzend zur Brennkammer B in einer sogenannten Primärkehle 6 mit einem sich konisch erweiternden Querschnitt. An der Primärkehle 6 ist ein sogenannter Flammhalter 7 angebracht. Der Flammhalter 7 weist eine gezahnte radial in die Primärluft ragende Kante 8 auf, welche der Verwirbelung der Primärluft in die Brennkammer B hinein dient.
  • Konzentrisch zum Primärrohr 4 sind ein erstes Sekundärrohr 9 und ein zweites Sekundärrohr 10 vorgesehen. Das jeweils äußere Rohr 9,10 bildet mit dem jeweils inneren Rohr 4,9 ebenfalls ringförmige Strömungskanäle 11,12 für Sekundärluft, die nicht mit Brennstoffpartikeln versetzt ist. Am austrittsseitigen Ende des inneren Sekundärrohrs 9 ist eine Sekundärkehle 13 mit einem sich konisch erweiternden Querschnitt vorgesehen. Am austrittsseitigen Ende des zweiten Sekundärrohrs 10 ist eine sogenannte Muffel 14 in Form einer konischen Erweiterung vorgesehen. Der Neigungswinkel der Muffel 14 ist größer als der Neigungswinkel der Sekundärkehle 13, deren Neigungswinkel ihrerseits größer als der Neigungswinkel der Primärkehle 6 ist. Zum Zwecke der Kühlung sind der Muffel 14 Kühlleitungen 15 zugeordnet, die teilweise zwischen der Muffel 14 und der Wand W der Brennkammer B und teilweise an der inneren Seite der Wand W der Brennkammer B positioniert sind. Durch die konzentrische Anordnung von Kernrohr 3, Primärrohr 4 und den Sekundärrohren 9,10 sowie die Zuordnung der Zuführeinrichtung für partikelförmigen Brennstoff, d.h. durch die konzentrische Anordnung der ringförmigen Strömungskanäle 5,11,12, wird erreicht, dass um die den Brennstoff führende Primärluftstrom herum noch zwei Sekundärluftströme in die Brennkammer B geleitet werden. Bedarfsweise können noch weitere Sekundärrohre und Strömungskanäle für weitere Sekundärluft vorgesehen sein. Ein Verzicht auf das zweite Sekundärrohr 10 ist dagegen möglich, aber im Regelfall weniger gewünscht.
  • Der Primärluftströmung, die durch den Ringspalt zwischen dem Kernrohr 3 und dem Primärrohr 4 strömt, wird mit Hilfe einer Verdralleinrichtung 16 ein Drall in Umfangsrichtung aufgeprägt. Die Primärluftströmung wird also spiralförmig zur Mittelachse 2 in Drehung versetzt. Beim dargestellten und insoweit bevorzugten Brenner 1 setzt sich die Verdralleinrichtung 16 aus drei Gruppen von über den Umgang des Strömungskanals verteilt vorgesehenen Umlenkmitteln 17,18,19 zur Ablenkung der Primärluftströmung in Umfangsrichtung zusammen.
  • In den weiteren Strömungskanälen 11,12 für die Sekundärluftströmungen sind weitere Verdralleinrichtungen 20,21 vorgesehen, die den Sekundärluftströmungen einen Drall in Umfangsrichtung der Strömungskanäle 11,12 aufprägen. Beim dargestellten und insoweit bevorzugten Brenner 1 weisen die Verdralleinrichtungen 20,21 in den Strömungskanälen 11,12 für die Sekundärluft jeweils nur eine Gruppe von über den Umfang der Strömungskanäle 11,12 verteilten Umlenkmitteln auf. Es könnte jedoch auch mehrere Gruppen von Umlenkmitteln hintereinander vorgesehen sein, und zwar bedarfsweise zusätzlich oder als Ersatz zu der mehrere Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 aufweisenden Verdralleinrichtung 16 im vom Kernrohr 3 und dem Primärrohr 4 begrenzten Strömungskanal 5.
  • In den Fig. 2a und 2b sind das Kernrohr 3 des Brenners 1 und die Verdralleinrichtung 16 als Detail des Brenners 1 dargestellt. Die Verdralleinrichtung 16 weist beim dargestellten und insoweit bevorzugten Brenner 1 drei Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 auf, die vorliegend in Form von Umlenkblechen ausgebildet sind. Die Umlenkmittel 17,18,19 jeder Gruppe von Umlenkmitteln 17,18,19 sind über den Umfang des Strömungskanals 5 für die Primärluft verteilt angeordnet. Die Umlenkmittel 17 der ersten Gruppe von Umlenkmitteln 17 sind dabei fest auf dem Kernrohr 3 montiert, während die Umlenkmittel 18,19 der übrigen Gruppen von Umlenkmitteln 18,19 ortsfest zueinander auf ringförmigen Tragstrukturen 22,23 montiert sind. Die Trägerstrukturen 22,23 sind beim dargestellten und insoweit bevorzugten Brenner 1 in Längsrichtung des Strömungskanals 5 verschiebbar vorgesehen. Daher können die Umlenkmittel 17,18,19 die in den Fig. 2a und 2b dargestellten Stellungen einnehmen.
  • In der Fig. 2a sind die Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 deutlich voneinander beabstandet. Der Abstand der Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 entspricht beim dargestellten und insoweit bevorzugten Brenner 1 wenigstens der Breite der Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 in Längsrichtung des Strömungskanals 5. Die Primärluftströmung wird folglich durch jede der Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 in Umfangsrichtung abgelenkt, wodurch ein Drall erzeugt wird. Allerdings wird die Primärluftströmung zwischen den Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 nicht abgelenkt, so dass der jeweils zuvor aufgeprägte Drall teilweise wieder aufgehoben werden kann. Wenn nun die Tragstrukturen 22,23, auf denen die zweite Gruppe von Umlenkmitteln 18 und die dritte Gruppe von Umlenkmitteln 19 montiert sind, in Längsrichtung des Strömungskanals 5 verschoben werden, schließen sich die Lücken zwischen den Umlenkmitteln 17,18,19 der Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19 mehr oder weniger vollständig. Es entstehen dadurch durchgehende Strömungskanäle 24, welche die Primärgasströmung stark in Umfangsrichtung ablenken und der Primärgasströmung so einen größeren Drall aufprägen.
  • In den Fig. 3a und 3b wird das Prinzip der Einstellung des Dralls erneut beschrieben, und zwar anhand einer Verdralleinrichtung 30 mit einer ersten Gruppe von Umlenkmitteln 31 und einer zweiten Gruppe von Umlenkmitteln 32. Dabei ist in den Fig. 3a und 3b zum Zwecke der besseren Anschaulichkeit eine Abwicklung des Kernrohrs 33 mit den drauf vorgesehenen Umlenkmitteln 31,32 dargestellt. Die erste Gruppe von Umlenkmitteln 31 ist ortsfest auf dem Kernrohr 33 fixiert. Die zweite Gruppe von Umlenkmitteln 32 ist dagegen nur ortsfest zueinander auf einer Tragstruktur 34 befestigt, die selbst in Längsrichtung des Strömungskanals verschoben werden kann. Die Strömungslinien S verdeutlichen, dass in der in der Fig. 3a dargestellten beabstandeten Stellung der Gruppen von Umlenkmitteln 31,32 die Primärluftströmung beim Durchtritt durch eine jede Gruppe von Umlenkmitteln 31,32 teilweise in Umfangsrichtung abgelenkt wird und teilweise nahezu ungehindert in Längsrichtung hindurch tritt. Wenn die zweite Gruppe von Umlenkmitteln 32 an der ersten Gruppe von Umlenkmitteln 31 herangeschoben ist, dann schließen die Umlenkmittel 32 der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln die freien Strömungsquerschnitte der ersten Gruppe von Umlenkmitteln 31 und umgekehrt. Die freien Strömungsquerschnitte sind in der Fig. 3a durch die Umfangssegmente Q gekennzeichnet, durch die Teile der Primärgasströmung geradlinig in Längsrichtung des Strömungskanals zwischen den Umlenkmitteln 31,32 hindurch treten können. Es wird beim dargestellten Brenner 35 in der Stellung gemäß Fig. 3b im Wesentlichen die gesamte Primärgasströmung in Umfangsrichtung des Strömungskanals abgelenkt, wodurch der auf die Primärgasströmung aufgeprägte Drall deutlich vergrößert wird. Zum Umlenken der Primärgasströmung weisen die Umlenkmittel 31,32 in die Primärgasströmung ragende Leitfläche 36 auf.
  • Auch bei dem schematisch in den Fig. 4a und 4b dargestellten Brenner 40 ist die erste Gruppe von Umlenkmitteln 41 ortsfest auf dem Kernrohr 42 fixiert, von dem aus in den Fig. 4a und 4b eine Abwicklung dargestellt ist. Die zweite Gruppe von Umlenkmitteln 43 ist jedoch ortsfest zueinander auf einer Tragstruktur 44 gehalten. Die Tragstruktur 44 kann um die Mittelachse des Brenners 40 gedreht werden. Auf diese Weise kann die Überdeckung der Umlenkmittel 41,43 der beiden Gruppen von Umlenkmitteln 41,43 verändert und so der Drall der Primärgasströmung variiert werden. In der Stellung der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln 43 gemäß Fig. 4a lassen die Umlenkmittel 41,43 einen freien Strömungsquerschnitt frei, durch den ein Teil der Primärluftströmung geradlinig in Längsrichtung des Strömungskanals hindurch treten kann. Der freie Strömungsquerschnitt ist erneut durch die Umfangssegmente Q gekennzeichnet. Dies ist in der Stellung der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln 43 gemäß Fig. 4b nicht der Fall. Die freien Strömungsquerschnitte sind geschlossen und die gesamte Primärluftströmung wird abgelenkt und somit letztlich der auf die Primärluftströmung aufgeprägte Drall verstärkt.
  • Durch Verschieben wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln mit der Tragstruktur 22,23,34 längs zum Kernrohr 3,33 oder durch Verdrehen wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln 43 mitsamt der Tragstruktur 44 können die Gruppen von Umlenkmitteln 17,18,19,31,32,41,43 in eine Stellung gemäß Fig. 2b, 3b oder 4b gebracht werden. Die Umlenkmittel 17,31,41 der ersten Gruppe von Umlenkmitteln 17,31,41 und die Umlenkmittel 18,19,32,43 der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln 18,19,32,43 sind dann fluchtend zueinander ausgerichtet, wobei sich die Umlenkmittel 18,19,32,43 der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln 18,19,32,43 in den Umlenkmitteln 17,31,41 der ersten Gruppe von Umlenkmitteln 17,31,41 fortsetzen. Mit anderen Worten bilden die Umlenkmittel 17,31,41 der ersten Gruppe von Umlenkmitteln 17,31,41 und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln 18,19,32,43 gemeinsame, gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals geneigte Umlenkkanäle.
  • Um der Primärluftströmung einen geringeren Drall aufzuprägen, kann wenigstens die zweite Gruppe von Umlenkmitteln 18,19,32,43 in eine Stellung gemäß Fig. 2a, 3a oder 4a gebracht werden. In dieser Stellung sind Umlenkmittel 17,18,19,31,32,41,43 der ersten Gruppe von Umlenkmitteln 17,31,41 und die zweite Gruppe von Umlenkmitteln 18,19,32,43 versetzt zueinander angeordnet. Fluchtend mit einem Umlenkmittel 17,18,19,31,32,41,43 einer Gruppe von Umlenkmitteln 17,18,19,31,32,41,43 ist ein Zwischenraum zwischen zwei Umlenkmitteln 17,18,19,31,32,41,43 einer anderen Gruppe von Umlenkmitteln 17,18,19,31,32,41,43. Es bilden also die beiden Gruppen von Umlenkmittel 17,18,19,31,32,41,43 jeweils zwischen den Umlenkmitteln 17,18,19,31,32,41,43 separate Umlenkkanäle aus, die zwar gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals geneigt sind, aber dennoch in Längsrichtung einander übergreifend vorgesehen sind.

Claims (15)

  1. Brenner (1,35,40) für staub- und/oder partikelförmige Brennstoffe,
    - mit einem Strömungskanal (5) zum Transport von wenigstens einem Gasstrom in eine Brennkammer (B),
    - wobei der Strömungskanal (5) einen ringförmigen Querschnitt und eine dem Gasstrom einen Drall in Umfangsrichtung aufprägende Verdralleinrichtung (16) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Verdralleinrichtung (16) wenigstens eine erste und eine zweite Gruppe von über den Umfang des Strömungskanals verteilten Umlenkmitteln (17,18,19,31,32,41,43) zum Erzeugen des Dralls aufweist,
    - dass wenigstens die zweite Gruppe Umlenkmittel (18,19,32,43) ortsfest zueinander an einer Tragstruktur (22,34,44) gehalten ist und
    - dass die Tragstruktur zur Veränderung des aufgeprägten Dralls entlang des Strömungskanals (5) axial verschiebbar und/oder um die Längsachse des Strömungskanals (5) drehbar vorgesehen ist.
  2. Brenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufprägen des Dralls in Umfangsrichtung die Umlenkmittel (17,18,19,31,32,41,43) gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals (5) geneigte Leitflächen (36) aufweisen.
  3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkmittel (17,18,19,31,32,41,43) als Leitschaufeln und/oder Leitbleche ausgebildet sind.
  4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (5) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.
  5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (5) von einem inneren Rohr, vorzugsweise Kernrohr (3), und einem äußeren, insbesondere konzentrischen, Rohr, vorzugsweise Primärrohr (4), begrenzt wird.
  6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzuführung für die Zufuhr von staubund/oder partikelförmigem Brennstoff in den Strömungskanal (5) vorgesehen ist.
  7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stellung wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) die benachbarten Umlenkmittel (17,18,31,32,41,43) der ersten und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln ((17,18,31,32,41,43) fluchtend zueinander ausgerichtet sind und dass in einer zweiten Stellung wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) die benachbarten Umlenkmittel (17,18,31,32,41,43) der ersten und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (17,18,31,32,41,43) versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Umlenkmittel der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) in den Umlenkmitteln der ersten Gruppe von Umlenkmitteln (17,31,41) fortsetzen und/oder umgekehrt.
  9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stellung wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) benachbarte Umlenkmittel (17,18,31,32,41,43) wenigstens der ersten Gruppe von Umlenkmitteln (17,31,41) und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) einen größeren freien Strömungsquerschnitt für die Gasströmung in Längsrichtung des Strömungskanals (5) aufweisen als in einer zweiten Stellung der wenigstens zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43).
  10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stellung wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) die Umlenkmittel (17,18,31,32,41,43) der ersten Gruppe von Umlenkmitteln (17,31,41) und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) gemeinsame, gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals (5) geneigte, Umlenkkanäle und/oder Strömungskanäle (24) bilden.
  11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stellung wenigstens der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) die Umlenkmittel (17,18,31,32,41,43) der ersten Gruppe von Umlenkmitteln (17,31,41) und der zweiten Gruppe von Umlenkmitteln (18,32,43) separate gegenüber der Längsrichtung des Strömungskanals (5) geneigte Umlenkkanäle und/oder Strömungskanäle (24) bilden.
  12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verdralleinrichtung wenigstens eine dritte Gruppe von über den Umfang des Strömungskanals (5) verteilten Umlenkmitteln (19) zum Erzeugen des Dralls aufweist.
  13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die dritte Gruppe von Umlenkmitteln (19) ortsfest zueinander an einer weiteren Tragstruktur (23) gehalten ist und
    - dass die Tragstruktur (23) zur Veränderung des aufgeprägten Dralls entlang des Strömungskanals (5) axial verschiebbar und/oder um die Längsachse des Strömungskanals (5) drehbar vorgesehen ist.
  14. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe von Umlenkmitteln (17,31,41) ortsfest im Strömungskanal (5) vorgesehen ist.
  15. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (22,23,34,44) ringförmig ausgebildet ist.
EP13164536.8A 2012-04-23 2013-04-19 Brenner für staub- und/oder partikelförmige Brennstoffe mit veränderlichem Drall Not-in-force EP2657599B1 (de)

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