EP3084300A1 - Pulsationsbrenner zur verbrennung fester brennstoffe und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Pulsationsbrenner zur verbrennung fester brennstoffe und verfahren zu dessen betrieb

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EP3084300A1
EP3084300A1 EP14838778.0A EP14838778A EP3084300A1 EP 3084300 A1 EP3084300 A1 EP 3084300A1 EP 14838778 A EP14838778 A EP 14838778A EP 3084300 A1 EP3084300 A1 EP 3084300A1
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EP
European Patent Office
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fuel
burner
pulsating
solid
air
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EP14838778.0A
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English (en)
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EP3084300B1 (de
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Tobias Seufert
Helmut Reis
Alexander SCHERRMANN
Hans-Joachim Gehrmann
Helmut Seifert
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Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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Publication of EP3084300B1 publication Critical patent/EP3084300B1/de
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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
    • F23D1/02—Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus
    • 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 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23C99/003—Combustion process using sound or vibrations
    • 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 
    • F23C2205/00—Pulsating combustion
    • F23C2205/10—Pulsating combustion with pulsating fuel supply
    • 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 
    • F23C2205/00—Pulsating combustion
    • F23C2205/20—Pulsating combustion with pulsating oxidant supply

Definitions

  • the invention relates to a solid fuel burner for a combustion chamber for the combustion of pulverized, solid fuels and a method for its operation with a Primär Kunststoffzuschreib Stein and a fuel supply device for producing a
  • Air / fuel mixture to a mouth-carrying lance Air / fuel mixture to a mouth-carrying lance.
  • Maintaining a combustion process of pulverized, supplied in a carrier gas flow of a combustion zone coal known. It is proposed to improve the ignition and the combustion of combustion, to supply a varying range of a mixture of oxygen and coal in a combustion zone. An environmentally relevant generation of the mixture is not disclosed.
  • French Patent No. 795 933 discloses a mixing device arranged in an air stream with pulverized coal, in which two propellers rotating freely against each other are used for improved homogenization of the air / coal mixture.
  • a solid fuel burner is known from EP 1 312 859 A1, in which a solid, pulverized fuel such as lignite and primary air are mixed and supplied to a combustion chamber in a lance and incinerated there. To accelerate the combustion air is additionally introduced via an additional supply in the lance.
  • a solid, pulverized fuel such as lignite and primary air
  • the fuel supply is preferably throttled, so that partially incomplete combustion processes occur with unstable ignition processes. This results in high pollutant loads, especially high levels of nitrogen oxides (NO x ).
  • the object of the invention is the development of a solid fuel burner with reduced emission values, in particular in a partial load range. Furthermore, it is an object of the invention to propose a method for operation of a solid fuel burner, which enables the emission of lower pollutant emissions.
  • the proposed solid fuel burner is preferably used in power plants for power generation via steam turbines, for example in conjunction with power / heat couplings.
  • the proposed solid fuel burner and the proposed method for its operation whose operation can be operated with less pollutant development in particular with lower NOvKonzentrationen especially in partial load operation and thus averaged or integrated over the entire operation.
  • necessary funds such as SCR catalysts for denitrification and the like can be saved or used to a reduced extent, so that a cost-saving operation of the solid fuel burner can be provided.
  • the solid fuel burner is in this case preferably suitable in power plant processes with a supply of the fuel by means of a lance at an orifice opening into the combustion chamber. This occurs in contrast to grate firing by low excess air in the combustion chamber with air ratios of, for example, 1, 4 and temperatures of 1200 ° C and more high NO concentrations, which are particularly effectively reduced by the proposed solid fuel burner in these environments.
  • the proposed solid fuel burner and the proposed method for its operation for power plants with orifice-opening burners solve the following subtasks: Firstly, a low CO emission level can be achieved with variable load.
  • NOvEmissions can contribute to
  • Heat transfer to the boiler at variable load can be improved by increasing the combustion intensity.
  • a particularly good flame stability can be achieved during pulsating operation, when a swirl burner is used as a solid burner whose flame guidance by a circular flow of the fuel and primary air supply, for example is stabilized by means of a arranged around the mouth opening, circularly supplied secondary air supply.
  • Pulsation frequency of the solid fuel burner between 0.5 Hz and 1 Hz is provided. In this range, a minimum of the NOv emissions occurs at almost constant low-level CO concentrations.
  • the pulsation frequency is dependent on the particle size and its particle distribution of the fuels and their loading, so that a corresponding adaptation of the pulsation frequency to these changes and correspondingly changed pulsation frequencies beyond the mentioned frequency range are included in the inventive idea.
  • Solid fuel burner combustion intensity and the flame volume can be increased, which means a significant improvement in the heat transfer conditions. This can represent an advantage in large combustion chambers, especially at partial load.
  • the fixed burner proposed for a combustion chamber for burning pulverized solid fuel includes a primary air supply device such as a volumetric fan, a draft fan or the like.
  • a fuel supply device for example a metering device monitoring the volume and / or weight of the fuel, such as supply flaps, metering shafts, screw conveyors and / or the like.
  • the fuels may be formed from lignite, hard coal, organic material, mixtures thereof, and the like.
  • a control unit is used to set a content of fuel in the primary air, that is a setting of a mixture of fuel and air, for example, a predetermined amount of fuel based on a volume unit of the primary air by means of a metering device of the fuel and / or the primary air.
  • the air / fuel mixture is transported to an orifice via at least one lance, for example a metering or feed tube, a feed channel or the like of the solid fuel burner.
  • the Mün- opening opens into a spherical, cylindrical or freeform combustion chamber with an ignition of the air / fuel mixture, so that after ignition from the mouth opening extending into the combustion chamber flame is formed, which heats a combustion chamber surrounding or connected boiler such as steam boiler ,
  • the emissions produced during combustion are emitted via an exhaust gas opening, for example a chimney, chimney or the like.
  • an exhaust gas purification device can be connected upstream.
  • Emission control device operated more efficiently.
  • NO emissions and CO emissions is at least in a partial load range of
  • a control device which sets a content of fuel contained in the air / fuel mixture over time pulsating. This means that, over time, the content of fuel in the air / fuel mixture varies in a cyclically varying manner.
  • a control device which pulsatingly enriches and depletes a content brought up constantly in the air / fuel mixture.
  • a control device may be formed for example from a provided on the lance in front of the mouth opening, pulsating fuel from the air / fuel mixture receiving and donating baffle plate.
  • this can be arranged to be displaceable relative to the lance in which the air / fuel mixture is guided, for example radially displaceable.
  • the cross section of the lance may be formed mechanically adjustable, for example, from the outside.
  • the diffuser can be actuated automatically, for example, be displaced radially or eccentrically to a cross section of the lance in a relation to the lance fixedly mounted frame.
  • Embodiments may be the diffuser to achieve the pulsating effect be controlled automatically in an intended or predetermined by an electronic control frequency, for example, between 0.5 Hz and 1 Hz.
  • the content of fuel in the primary air on and depleting control device can be provided to operate the metered amounts of the fuel pulsating by the controller on the fuel supply means the fuel supply in the primary air sets pulsating.
  • appropriate metering devices can be provided which meter in the proposed Pulsationsfrequenz- range and decreasing amounts of fuel to form pulsating levels of the fuel in the primary air stream.
  • a control device made of a pulsed fuel-loaded soulless screw equipped fuel supply has proven to be advantageous.
  • a distance such as the axial spacing of turns of the worm can be dimensioned such that a distance is set between a fuel dose transported by a turn to the fuel dose transported by the next turn, so that the individual fuel cans are arranged successively in the pulsation frequency the primary air flow are introduced.
  • the screw can be filled evenly and its rotational movement can be varied over time. In this way, a temporally cyclically varying content of fuel in the primary air flow is achieved.
  • a control device may be provided, which sets the primary air supply pulsating at the primary air supply device.
  • a metered amount of the fuel can be kept constant or, in addition to the amplification of the pulsating effect, can also be made pulsating in the same phase.
  • a corresponding control device for a pulsating quantity metering of the fuel in the primary air flow and a control device for pulsating control of the primary air flow is provided.
  • the control device can control, for example, corresponding supply blowers, primary air cross sections, louvers, valves or the like in a pulsating manner.
  • a further lance for supplying fuel in an air stream, a carrier gas or the like with a relation to the primary air flow same coaxial to the at least one lance with a primary air supply, a further lance for supplying fuel in an air stream, a carrier gas or the like with a relation to the primary air flow same, a higher or reduced gas flow can be provided, wherein in at least one of Lances a pulsating operated gas flow is entered into the mouth opening and at least by means of a lance of the fuel through the mouth opening is entered into the combustion chamber.
  • arrangements of preferably coaxially arranged lances may be provided, wherein at least one fuel introduced in a lance is coal and in the case of different fuels a fuel is organic solid, for example solid or solidified and pulverized biomass. Dusty carbon advantageously have particle size distributions d p of 50 ⁇ to 1 10 ⁇ .
  • the proposed solid fuel burner is operated in a pulsed manner by metering solid, pulverized fuel into the combustion chamber pulsating at a frequency between 0.5 Hz and 1 Hz.
  • the method can be used in a full load operation to improve the
  • the method is carried out in a pulsating manner exclusively during a partial load operation, so that the solid fuel burner is preferably operated pulsating exclusively in a partial load range.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a solid fuel burner
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a fuel supply device
  • FIG. 3 shows a diagram of a pollutant development as a function of a pulsation frequency of a solid fuel burner
  • FIG. 4 a shows a reducer of the lance in the air / fuel mixture
  • FIG. 4c shows the reducer of FIGS. 4a, 4b in a 3D view
  • FIG. 5 shows the control device of FIGS. 1 and 4b in a view from the transverse direction. cut the lance of the extended lens in a schematic representation
  • Figure 6 shows the control device of Figure 5 in view with retracted in the cross section of the lance lens in a schematic representation.
  • the solid fuel burner 1 shows a schematic side view of the arranged at the mouth opening 2 of the combustion chamber 3 only partially with the lining 4 solid burner 1.
  • the solid fuel burner 1 has three coaxially arranged, by means of the spacers 8, 9 mutually supported lances 5, 6, 7 , By means of which gas streams and fuel introduced through the mouth opening 2 in the combustion chamber 3 and after ignition by means of an ignition device, not shown, for example, a continuous combustion operation hedging pilot burner, are burned.
  • the primary air is supplied with the primary air 1 1 and the solid fuel 10 fluidized therein, represented by the arrow 14, for example, from a riser 26, ( Figure 2) by means of the radially outer lance 5, symbolized by the arrows 12, so that an introduction of the fuel 10 at the mouth opening 2 takes place in the form of an annular gap.
  • a riser 26, Figure 2
  • the radially outer lance 5 symbolized by the arrows 12
  • another solidified in a gas stream such as air flow solid fuel, for example, pulverized biomass or the like in the combustion chamber 3
  • gas for a support flame can be introduced into the combustion chamber 3 via a further annular gap, symbolized by the arrows 15.
  • the solid fuel burner 1 is designed as a swirl burner.
  • the secondary air supply in the direction of the arrow 16 is supplied radially outside the lances 5, 6, 7, wherein the swirl generator 17, for example a fan or the like at the annular gap 18 generates an air swirl in the direction of the arrows 19, so that the gas and fuel streams of the lances 5, 6, 7 tangentially symbolized at the mouth opening 2 by the arrows 20 are introduced into the combustion chamber 3.
  • the baffle plate 21 is inserted into the flange 22 in the embodiment shown in front of the mouth opening 2 in the lance 5.
  • fuel 10 For a given primary air flow accumulates cyclically at the baffle plate 21 fuel 10 and is replaced after a successful enrichment again, so that a charge of the combustion chamber 3 with cyclically in the proposed pulsation frequency changing levels of fuel 10 takes place.
  • a pulsating adjustment of the contents of fuel by means of a set on the baffle plate 21 dynamic flow behavior of the fuel / air mixture is generated.
  • the pulsation frequency is dependent on a particle size distribution and a loading of the primary air flow, ie an average content of fuel 10 in the primary air 1 1, which is preferably below a typical content of fuel 10 at full load.
  • particle size distributions d 50 have been advantageous
  • the baffle plate 21 forms the control device 23 for producing a pulsating content of fuel in the primary air 11.
  • FIG. 2 shows a control device 23a, which is modified with respect to the control device 23, for the pulsed operation of a solid fuel burner, for example, similar to the solid fuel burner 1 of FIG. 1, without a baffle plate.
  • the control device 23a is formed by the metering device 24, the time-varying amounts of fuel such as fuel cans 25 of the fuel 10 in the leading to the solid burner riser 26, in which the primary air 1 1 is performed introduces.
  • the metering device 24 is designed as a soulless screw 27, which is rotated at a predetermined rotational speed about the axis of rotation d.
  • the distance a between the turns 28 of the screw 27 is dimensioned such that when the screw 27 is continuously filled between the fuel cans 25 entrained by a turn 28 and the turns 28 in the transport direction, the distance b is set, whereby a time-varying addition fuel cans 25 into the riser 26 takes place.
  • the speed of the screw 27 can be adapted to a desired loading of the primary air 1 1 with fuel 10 to achieve a desired frequency such as pulsation frequency of the content of fuel 10 preferably in the range of 0.5 Hz to 1 Hz.
  • the distances b are also filled with fuel 10 due to the increased fuel cans 25 between two windings, so that a continuous charging of the riser pipe 26 with fuel 10 takes place.
  • FIG. 3 shows the diagram 30, measured for example by means of a solid burner 1 corresponding to FIG. 1, with the contents c [NO x ] of nitrogen oxides and c [CO] of carbon monoxide of the exhaust gas as a function of the frequency F [Hz], such as pulsation frequency between 0 and 1 2 Hz of a varied content of solid pulverized fuel 10 (FIGS. 1 and 2).
  • the broad bars 31-35 indicate the contents of nitric oxide and the narrow bars 36-40 the contents of carbon monoxide.
  • the contents of carbon monoxide are largely independent of the frequency F at a low level, for example, between 3 and 4 mg / Nm 3 based on 5 percent by volume of dry oxygen, so that no negative influence of the pulsating Operation of the solid fuel burner 1 starts on the sufficiently low levels of carbon monoxide.
  • a low level for example, between 3 and 4 mg / Nm 3 based on 5 percent by volume of dry oxygen, so that no negative influence of the pulsating Operation of the solid fuel burner 1 starts on the sufficiently low levels of carbon monoxide.
  • volume percent of dry oxygen at nitrogen oxides bar 31 to partially below 20 percent of this content to, for example, 120 mg / Nm 3 based on 5 percent by volume of dry oxygen to nitrogen oxides (bar 33)
  • the graph 30 shows the measurements on the combustion chamber 3 of Figure 1 with the Solid fuel burner 1 basis.
  • Burning environments may experience changed readings and other frequencies may be advantageous for a minimum level of nitrogen oxides.
  • FIGS. 4a to 4c show, in an overview, the reducing piece 41 of the lance 5 of FIG. 1 in a view against the flow direction of the air / fuel mixture (FIG. 4 a), a longitudinal section along the flow direction along the section line AA with a control device 23 (FIG. 4 b) and in 3D view (Figure 4c).
  • Reducer 41 has two pipe sections 42, 43 with different diameters D1, D2, for example about 150 mm and 70 mm.
  • the opening 44 for example, with a diameter D3 of about 40 mm to 45 mm for receiving the riser for introducing the air / fuel mixture in the lance 5 and then introduced into the combustion chamber 3.
  • Pipe sections 42, 43 are about 1 15 mm and 50 mm.
  • the 45 between the two pipe sections 42, 43 is approximately 140 mm.
  • the radii R1, R2 at the junctions between the pipe sections 42, 43 and the middle section 45 are 80 mm and 90 mm.
  • the opening angle ⁇ of the central portion 45 is 30 °.
  • a frusto-conical region 46 with a length L4 of approximately 33 mm is provided between the two radii R1, R2, a frusto-conical region 46 with a length L4 of approximately 33 mm is provided.
  • the end 47 is concentrically provided on the pipe section 42 to the flow axis ds the opening 47, through which the lances 6, 7 ( Figure 1) are guided.
  • the lances 6, 7 limit at the end-side flange 48 of the pipe section 43 an annular gap 49, only indicated here, through which the air / fuel mixture flows to the
  • Outlet opening 2 ( Figure 1) is guided. Due to the nature and design of the Reduzier Wegs 41, the line of the air / fuel mixture to the mouth opening 2 takes place with swirl and can be done by the control device 23 pulsating by time-varying deposited on this fuel and taken back. It is understood that the Forming the reducer 41 with respect to the illustrated embodiment may also have other dimensions.
  • the control device 23 consists in the embodiment shown in the
  • the Diffuser 21 with the central opening 51 which is guided radially displaceable between the flanges 22 with respect to the flow axis ds.
  • the adjusting screw 50 is provided here.
  • the lens 21 closes the upper part of the annular gap 49, while the lower part of the annular gap 49 remains open.
  • the area F1 can, for example, for setting the
  • FIGS. 5 and 6 show a view of the control device 23 of FIGS. 1 and 4b with the diffuser 21 (FIG. 5) not engaging in the annular gap 49 and with the surface F1 set in the annular gap 49 (FIG. 6).
  • the diffuser 21 is in the flanges 22,
  • the free opening 51 substantially corresponds to the outer diameter of the annular gap 49, which is bounded radially inwardly by the outer diameter of the lance 7, which is shown only schematically.
  • the lance 6 shown radially inside the lance 7 according to FIG. 1 is not shown.
  • the scattering plate 21 is retracted, so that the entire annular gap 49 is free.
  • Such a setting can be set, for example, in full load operation of the solid fuel burner 1 (FIG. 1). At least in partial load operation is the
  • Displacement of the lens 21 can be done automatically by means of the screw 50 of Figure 4b manually or otherwise by means of an actuator automated.
  • the area F1 may be adjusted depending on the flow of the air / fuel mixture, the particle size of the fuel, its content in the stream, the content of the exhaust gas of NOx and / or CO, the load operation and / or the like by such an actuator become.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feststoffbrenner (1) für einen Brennraum (3) zur Verbrennung von pulverisierten, festen Brennstoffen (10) und ein Verfahren zu dessen Betrieb mit einer Primärluftzufuhreinrichtung und einer Brennstoffzufuhreinrichtung zur Herstellung eines Luft/Brennstoffgemisches aus Primärluft (11) und Brennstoff (10) sowie zumindest einer das Luft/Brennstoffgemisch an eine Mündungsöffnung (2) transportierenden Lanze (5). Um den Feststoffbrenner (1) mit geringen Stickoxidemissionen betreiben zu können, ist vor der Mündungsöffnung (2) eine einen in dem Luft/Brennstoffgemisch enthaltenen Gehalt an Brennstoff (10) über die Zeit pulsierend einstellende Steuereinrichtung (23) vorgesehen.

Description

Pulsationsbrenner zur Verbrennung fester Brennstoffe und Verfahren zu dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft einen Feststoffbrenner für einen Brennraum zur Verbrennung von pulverisierten, festen Brennstoffen und ein Verfahren zu dessen Betrieb mit einer Primärluftzufuhreinrichtung und einer Brennstoffzufuhreinrichtung zur Herstellung eines
Luft/Brennstoffgemisches aus Primärluft und Brennstoff sowie zumindest einer das
Luft/Brennstoffgemisch an eine Mündungsöffnung transportierenden Lanze.
Aus der EP 005 438 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zündung und
Aufrechterhaltung eines Verbrennungsvorgangs von pulverisierter, in einem Trägergasstrom einer Brennzone zugeführter Kohle bekannt. Es wird zur Verbesserung der Zündung und Erhaltung der Verbrennung vorgeschlagen, eine in einem vorgegebenen Bereich variierende Mischung aus Sauerstoff und Kohle in eine Brennzone zuzuführen. Eine umweltrelevante Erzeugung der Mischung ist nicht offenbart.
Aus der österreichischen Patentschrift Nr. 243167 ist eine Vorrichtung zum Steuern der Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft bei Brenneranlagen zur Erzielung einer pulsierenden Verbrennung bekannt.
Aus der französischen Patentschrift Nr. 795 933 ist eine in einem Luftstrom mit pulverisierter Kohle angeordnete Mischvorrichtung bekannt, bei der zwei frei gegeneinander drehende Propeller zur verbesserten Homogenisierung des Luft-/Kohlegemischs eingesetzt werden.
Aus der EP 1 312 859 A1 ist ein Feststoffbrenner bekannt, bei dem ein fester, pulverisierter Brennstoff wie Braunkohle und Primärluft vermischt werden und in einer Lanze einem Brennraum zugeführt und dort verbrannt werden. Zur Beschleunigung der Verbrennung wird zusätzlich Luft über eine zusätzliche Zufuhr in die Lanze eingebracht. Beispielsweise bedingt durch alternative Energiequellen werden derartige Feststoffbrenner bezüglich ihrer zu erbringenden Leistung variabel betrieben, das heißt teilweise unter Teillastbedingungen betrieben. Hierbei wird bevorzugt die Brennstoffzufuhr gedrosselt, so dass teilweise unvollständige Verbrennungsvorgänge mit instabilen Zündungsvorgängen auftreten. Hieraus resultieren hohe Schadstoffbelastungen, insbesondere hohe Anteile von Stickoxiden (NOx).
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Feststoffbrenners mit insbesondere in einem Teillastbereich verringerten Emissionswerten. Desweiteren ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für einen Betrieb eines Feststoffbrenners vorzuschlagen, welches den Ausstoß geringerer Schadstoffemissionen ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem
abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder. Desweiteren wird die Aufgabe durch die Merkmale des Verfahrens des Anspruchs 12 gelöst. Der von dem Anspruch 13 abhängige Anspruch gibt eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens des Anspruchs 13 wieder.
Der vorgeschlagene Feststoffbrenner wird bevorzugt in Kraftwerken zur Stromerzeugung über Dampfturbinen, beispielsweise in Verbindung mit Kraft/Wärmekopplungen eingesetzt. Mittels des vorgeschlagenen Feststoffbrenners und des vorgeschlagenen Verfahren zu dessen Betrieb kann dessen Betrieb mit geringerer Schadstoffentwicklung insbesondere mit geringeren NOvKonzentrationen insbesondere im Teillastbetrieb und damit gemittelt beziehungsweise integriert über den gesamten Betrieb betrieben werden. Beispielsweise können zur Erreichung und Einhaltung von teilweise gesetzlich vorgegebenen Grenzwerten notwendige Mittel, beispielsweise SCR-Katalysatoren zur Entstickung und dergleichen eingespart beziehungsweise in verringertem Maße eingesetzt werden, so dass eine kostensparende Betriebsweise des Feststoffbrenners vorgesehen werden kann. Der Feststoffbrenner eignet sich hierbei bevorzugt in Kraftwerksprozessen mit einer Zufuhr des Brennstoffs mittels einer Lanze an einer Mündungsöffnung in den Brennraum. Hierbei treten im Gegensatz zu Rostfeuerungen durch niedrige Luftüberschüsse im Brennraum mit Luftzahlen von beispielsweise 1 ,4 und Temperaturen von 1200 °C und mehr hohe NO Konzentrationen auf, die mittels des vorgeschlagenen Feststoffbrenners in diesen Umgebungen besonders wirksam reduziert werden.
Im Einzelnen lösen der vorgeschlagene Feststoffbrenner und das vorgeschlagene Verfahren zu dessen Betrieb für Kraftwerke mit Mündungsöffnungsbrennern folgende Teilaufgaben: Zum einen kann ein niedriges CO-Emissionsniveau bei variabler Last erzielt werden.
Gleichzeitig, das heißt alternativ oder zusätzlich, können NOvEmissionen bei
unterschiedlichen Lastfällen durch Pulsationsbetrieb auf niedrige NOvKonzentrationen, beispielsweise unter ein Viertel der NCvKonzentration eines nicht pulsierend betriebenen Feststoffbrenners unter ansonsten gleichen Bedingungen reduziert werden. Die
Wärmeübertragung auf den Kessel bei variabler Last kann dabei durch eine Erhöhung der Verbrennungsintensität verbessert werden.
Hierbei kann während des pulsierenden Betriebs eine besonders gute Flammenstabilität erzielt werden, wenn als Feststoffbrenner ein Drallbrenner eingesetzt wird, dessen Flammenführung durch eine Zirkularströmung der Brennstoff- und Primärluftzufuhr, beispielsweise mittels einer um die Mündungsöffnung angeordneten, zirkulär zugeführten Sekundärluftzufuhr, stabilisiert wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn eine Frequenz einer Pulsation wie
Pulsationsfrequenz des Feststoffbrenners zwischen 0,5 Hz und 1 Hz vorgesehen wird. In diesem Bereich tritt ein Minimum der NOvEmissionen bei nahezu konstanten, auf einem niedrigen Niveau entstehenden CO- Konzentrationen auf. Die Pulsationsfrequenz ist unter Anderem abhängig von der Partikelgröße und deren Partikelverteilung der Brennstoffe und deren Beladung, so dass eine entsprechende Anpassung der Pulsationsfrequenz an diese Änderungen und entsprechend geänderte Pulsationsfrequenzen über den genannten Frequenzbereich hinaus von dem erfinderischen Gedanken umfasst sind.
Neben der Reduktion von Last und Emissionen kann bei dem vorgeschlagenen
Feststoffbrenner die Verbrennungsintensität und das Flammenvolumen erhöht werden, was eine erhebliche Verbesserung der Wärmeübertragungsbedingungen bedeutet. Dies kann insbesondere bei Teillast einen Vorteil in großen Brennräumen darstellen.
Durch den pulsierenden Betrieb des vorgeschlagenen Feststoffbrenners kann eine verzögerte Mischung von Oxidationsmittel in Form der zugeführten Primärluft und gegebenenfalls zugeführten Sekundärluft und dem Brennstoff entstehen. Dies kann zu einer Ausdehnung des Flammenkörpers führen und über die Schichtdicke der Flamme die Wärmeabgabe verbessern. Dies ist insbesondere bei Teillast in Kraftwerksprozessen ein wesentlicher Vorteil. Die Bildung von NOx wird dabei vermindert, die Verbrennungsintensität und Verbrennungseffizienz gesteigert.
Im Einzelnen enthält der für einen Brennraum zur Verbrennung von pulverisierten, festen Brennstoffen vorgeschlagene Festbrenner eine Primärluftzufuhreinrichtung, beispielsweise ein volumengeregeltes Gebläse, einen Saugzugventilator oder dergleichen. Zur Einbringung von festem, pulverisiertem Brennstoff in die in der Primärluftzufuhreinrichtung geführten Primärluft ist eine Brennstoffzufuhreinrichtung, beispielsweise eine das Volumen und/oder das Gewicht des Brennstoffs überwachenden Dosiereinrichtung wie Zufuhrklappen, Dosierschächten, Förderschnecken und/oder dergleichen vorgesehen. Die Brennstoffe können aus Braunkohle, Steinkohle, organischem Material, deren Mischungen und dergleichen gebildet sein. Eine Steuereinheit dient der Einstellung eines Gehalts an Brennstoff in der Primärluft, also einer Einstellung einer Mischung von Brennstoff und Luft, beispielsweise einer vorgegebenen Menge an Brennstoff bezogen auf eine Volumeneinheit der Primärluft mittels einer Dosiereinrichtung des Brennstoffs und/oder der Primärluft. Über zumindest eine Lanze, beispielsweise ein Dosier- oder Zufuhrrohr, einen Zufuhrkanal oder dergleichen des Feststoffbrenners wird das Luft/Brennstoffgemisch an eine Mündungsöffnung transportiert. Die Mün- dungsöffnung mündet in einem kugelförmigen, zylinderförmigen oder in Freiform ausgebildeten Brennraum mit einer Zündeinrichtung des Luft-/Brennstoffgemisches, so dass nach Zündung eine ausgehend von der Mündungsöffnung sich in den Brennraum erstreckende Flamme ausgebildet wird, die einen den Brennraum umgebenden oder angeschlossenen Kessel wie Dampfkessel erwärmt. Die bei der Verbrennung entstehenden Emissionen werden über eine Abgasöffnung, beispielsweise einen Kamin, Schornstein oder dergleichen emittiert. Hierbei kann eine Abgasreinigungsvorrichtung vorgeschaltet sein. Durch die Verminderung der entstehenden Emissionen kann eine derartige, gegebenenfalls vorhandene
Abgasreinigungsvorrichtung effizienter betrieben werden.
Zur Verminderung der Emissionen wie Schadstoffbelastungen, insbesondere NO- Emissionen und CO-Emissionen ist zumindest in einem Teillastbereich des
Feststoffbrenners in einem Strom des Luft/Brennstoffgemischs stromaufwärts vor der Mündungsöffnung eine Steuereinrichtung vorgesehen, die einen in dem Luft/Brennstoffgemisch enthaltenen Gehalt an Brennstoff über die Zeit pulsierend einstellt. Dies bedeutet, dass über die Zeit zyklisch variierend der Gehalt an Brennstoff in dem Luft/Brennstoffgemisch veränderbar vorgegeben wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche einen im Luft/Brennstoffgemisch konstant herangeführten Gehalt pulsierend an- und abreichert. Eine derartige Steuereinrichtung kann beispielsweise aus einer an der Lanze vor der Mündungsöffnung vorgesehenen, pulsierend Brennstoff aus dem Luft/Brennstoffgemisch aufnehmenden und abgebenden Stauscheibe gebildet sein. Es hat sich beispielsweise als vorteilhaft erwiesen, die Strömung an einer derartigen Stauscheibe so einzustellen, dass sich aufgrund von Verwirbelungen an der Stauscheibe an weniger angeströmten Bereichen Brennstoff ablagert und aufgrund der sich abhängig vom abgelagerten Brennstoff ändernden Strömungsgeometrie sich der abgelagerte Brennstoff wieder löst. Es hat sich dabei überraschend herausgestellt, dass eine im Wesentlichen plane Ausbildung der Stauscheibe diese Steuereinrichtung ausbilden kann. Um beispielsweise eine Justierung der Stauscheibe vornehmen zu können, kann diese gegenüber der Lanze, in dem das Luft/Brennstoffgemisch geführt wird, verlagerbar, beispielsweise radial verlagerbar angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Querschnitt der Lanze beispielsweise von außen mechanisch verstellbar ausgebildet sein. Die Streuscheibe kann automatisiert betätigt sein, beispielsweise radial beziehungsweise exzentrisch zu einem Querschnitt der Lanze in einem gegenüber der Lanze fest angeordneten Rahmen verlagert werden. In besonders ausgebildeten
Ausführungsformen kann die Streuscheibe zur Erzielung des pulsierenden Effekts automatisiert in einer vorgesehenen beziehungsweise von einer elektronischen Steuerung vorgebbaren Frequenz, beispielsweise zwischen 0,5 Hz und 1 Hz gesteuert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung einer den Gehalt an Brennstoff in der Primärluft an- und abreichernden Steuereinrichtung kann vorgesehen sein, die Dosiermengen des Brennstoffs pulsierend zu betreiben, indem die Steuereinrichtung an der Brennstoffzufuhreinrichtung die Brennstoffzufuhr in die Primärluft pulsierend einstellt. Hierzu können entsprechende Dosiereinrichtungen vorgesehen sein, die im vorgeschlagenen Pulsationsfrequenz- bereich zu- und abnehmende Mengen an Brennstoffen zur Ausbildung pulsierender Gehalte des Brennstoffs in den Primärluftstrom dosieren. Hierzu hat sich beispielsweise eine Steuereinrichtung aus einer pulsierend mit Brennstoff beschickten seelenlosen Schnecke ausgestatteten Brennstoffzufuhreinrichtung als vorteilhaft erwiesen. Hierbei werden beispielsweise jeweils zwischen zwei Schneckenwindungen unterschiedliche Mengen an Brennstoff dosiert und die Schnecke bei konstanter Drehbewegung verdreht, so dass an einem Mündungsschacht der Schnecke zeitlich abhängige Mengen an Brennstoff in den Primärluftstrom eingebracht werden. Alternativ kann eine Weite wie axialer Abstand von Windungen der Schnecke so bemessen sein, dass zwischen einer von einer Windung transportierten Brennstoffdosis zu der von der nächsten Windung transportierten Brennstoffdosis ein Abstand eingestellt ist, so dass die einzelnen Brennstoff dosen zeitlich nacheinander in der Pulsationsfre- quenz in den Primärluftstrom eingebracht werden. Alternativ kann die Schnecke gleichmäßig befüllt und deren Drehbewegung zeitlich variiert gesteuert werden. Auf diese Weise wird ein zeitlich zyklisch variierender Gehalt an Brennstoff im Primärluftstrom erzielt.
Alternativ oder zusätzlich zu einer pulsierenden An- und Abreicherung der Gehalte an Brennstoff kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche an der Primärluftzufuhreinrichtung die Primärluftzufuhr pulsierend einstellt. Hierbei kann eine Dosiermenge des Brennstoffs konstant gehalten werden oder zusätzlich zur Verstärkung des pulsierenden Effekts ebenfalls in derselben Phase pulsierend vorgenommen werden. In diesem Sinne ist eine entsprechende Steuereinrichtung für eine pulsierende Mengendosierung des Brennstoffs in den Primärluftstrom und eine Steuereinrichtung zur pulsierenden Steuerung des Primärluftstroms vorgesehen. Die Steuereinrichtung kann zum pulsierenden Betrieb der Primärluft beispielsweise entsprechende Zufuhrgebläse, Primärluftquerschnitte, Luftklappen, Ventile oder dergleichen pulsierend steuern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann koaxial zu der zumindest einen Lanze mit einer Primärluftzufuhr eine weitere Lanze zur Zufuhr von Brennstoff in einem Luftstrom, einem Trägergas oder dergleichen mit einem gegenüber dem Primärluftstrom gleichen, einem höheren oder verminderten Gasstrom vorgesehen sein, wobei in zumindest einer der Lanzen ein pulsierend betriebener Gasstrom in die Mündungsöffnung eingetragen und zumindest mittels einer Lanze der Brennstoff über die Mündungsöffnung in den Brennraum eingetragen wird.
Desweiteren können Anordnungen von bevorzugt koaxial zueinander angeordneten Lanzen vorgesehen sein, wobei zumindest ein in einer Lanze eingetragener Brennstoff Kohle ist und bei verschiedenen Brennstoffen ein Brennstoff organischer Feststoff, beispielsweise fest oder verfestigte und pulverisierte Biomasse ist. Staubförmige Kohlen weisen dabei vorteilhafterweise Partikelgrößenverteilungen dpso von 50 μηι bis 1 10 μηι auf. Alternative, beispielsweise der Kohle beigemischte oder zusätzliche, beispielsweise mittels einer separaten Lanze zugeführte Brennstoffe können beispielsweise bis zu 20 % der
Feuerungswärmeleistung mitverbrannt werden und einen dpso von 1 mm bis 4 mm
aufweisen. Bei mehreren über separate Lanzen zugeführten Brennstoffen kann die
Brennstoffzufuhr der Kohle und/oder des alternativen Brennstoffs pulsierend vorgesehen sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine Frequenz eines pulsierenden Gehalts an Brennstoff größer gleich 0,5 Hz und kleiner gleich 1 Hz einzustellen. In dem vorgeschlagenen Verfahren wird der vorgeschlagene Feststoffbrenner pulsierend betrieben, indem fester, pulverisierter Brennstoff pulsierend mit einer Frequenz zwischen 0,5 Hz und 1 Hz in den Brennraum dosiert wird. Das Verfahren kann in einem Volllastbetrieb zur Verbesserung des
Schadstoffausstoßes, insbesondere Stickoxiden, einen pulsierenden Betrieb des
Feststoffbrenners vorsehen. Das Verfahren wird in bevorzugter Weise jedoch ausschließlich während eines Teillastbetriebes pulsierend durchgeführt, so das der Feststoffbrenner bevorzugt ausschließlich in einem Teillastbereich pulsierend betrieben wird.
Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Feststoffbrenners,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzufuhreinrichtung,
Figur 3 ein Diagramm einer Schadstoffentwicklung abhängig von einer Pulsations- frequenz eines Feststoffbrenners,
Figur 4a ein Reduzierstück der das Luft/Brennstoffgemisch führenden Lanze in Ansicht,
Figur 4b das Reduzierstück der Figur 4a entlang der Schnittlinie A-A mit angebrachter
Steuereinrichtung,
Figur 4c das Reduzierstück der Figuren 4a, 4b in 3D-Ansicht,
Figur 5 die Steuereinrichtung der Figuren 1 und 4b in Ansicht mit aus dem Quer- schnitt der Lanze ausgefahrener Streuscheibe in schematischer Darstellung und
Figur 6 die Steuereinrichtung der Figur 5 in Ansicht mit in den Querschnitt der Lanze eingefahrener Streuscheibe in schematischer Darstellung.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Seitenansicht den an der Mündungsöffnung 2 des nur teilweise dargestellten Brennraums 3 mit der Ausmauerung 4 angeordneten Feststoffbrenner 1. Der Feststoffbrenner 1 weist drei koaxial umeinander angeordnete, mittels der Abstandshalter 8, 9 aufeinander abgestützte Lanzen 5, 6, 7 auf, mittels derer Gasströme und Brennstoff durch die Mündungsöffnung 2 in den Brennraum 3 eingebracht und nach Zündung mittels einer nicht dargestellten Zündeinrichtung, beispielsweise eines einen kontinuierlichen Brennbetrieb absichernden Zündbrenners, verbrannt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Primärluftzufuhr mit der Primärluft 1 1 und dem darin fluidisierten festen Brennstoff 10, dargestellt durch den Pfeil 14, beispielsweise aus einem Steigrohr 26, (Figur 2) mittels der radial äußeren Lanze 5, symbolisiert durch die Pfeile 12, so dass eine Einbringung des Brennstoffs 10 an der Mündungsöffnung 2 in Form eines Ringspalts erfolgt. In der zentralen Lanze 5 kann zusätzlich zu dem in der Primärluft 1 1 enthaltenen Brennstoff 10 ein weiterer in einem Gasstrom wie Luftstrom fluidisierter fester Brennstoff beispielsweise pulverisierte Biomasse oder dergleichen in den Brennraum 3, symbolisiert durch den Pfeil 13 eingebracht werden. In der radial zwischen den Lanzen 5, 6 liegenden Lanze 7 kann Gas für eine Stützflamme in den Brennraum 3 über einen weiteren Ringspalt, symbolisiert durch die Pfeile 15 eingebracht werden.
Der Feststoffbrenner 1 ist als Drallbrenner ausgebildet. Hierzu wird radial außerhalb der Lanzen 5, 6, 7 um diese die Sekundärluftzufuhr in Richtung des Pfeils 16 zugeführt, wobei der Drallerzeuger 17, beispielsweise ein Lüfterrad oder dergleichen an dem Ringspalt 18 einen Luftdrall in Richtung der Pfeile 19 erzeugt, so dass die Gas- und Brennstoffströme der Lanzen 5, 6, 7 an der Mündungsöffnung 2 tangential symbolisiert durch die Pfeile 20 vermischt in den Brennraum 3 eingebracht werden.
Insbesondere in einem Teillastbereich des Feststoffbrenners 1 erfolgt die Zufuhr von
Brennstoff 10 pulsierend, bevorzugt in einer Pulsationsfrequenz zwischen 0,5 Hz und 1 Hz. Hierzu ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vor der Mündungsöffnung 2 in der Lanze 5 die Stauscheibe 21 in den Flansch 22 eingebracht. Bei vorgegebenem Primärluftstrom reichert sich zyklisch an der Stauscheibe 21 Brennstoff 10 an und wird nach einer erfolgten Anreicherung wieder abgelöst, so dass eine Beschickung des Brennraums 3 mit sich zyklisch in der vorgeschlagenen Pulsationsfrequenz ändernden Gehalten an Brennstoff 10 erfolgt. Ge- mäß einem weiteren Denkansatz wird eine pulsierende Einstellung der Gehalte an Brennstoff mittels eines an der Stauscheibe 21 eingestellten dynamischen Strömungsverhaltens des Brennstoff/Luftgemisches erzeugt. Die Pulsationsfrequenz ist abhängig von einer Partikelgrößenverteilung und einer Beladung des Primärluftstroms, also einem mittleren Gehalt an Brennstoff 10 in der Primärluft 1 1 , der in bevorzugter Weise unterhalb eines typischen Gehalts an Brennstoff 10 bei Volllast liegt. Als vorteilhaft haben sich bei der Verwendung von Kohle als Brennstoff 10 beispielsweise Partikelgrößenverteilungen dso zwischen
50 Mikrometer und 110 Mikrometer als vorteilhaft erwiesen. In diesem Sinn bildet die Stauscheibe 21 die Steuereinrichtung 23 zur Herstellung eines pulsierenden Gehalts an Brennstoff in der Primärluft 11.
Die Figur 2 zeigt eine gegenüber der Steuereinrichtung 23 geänderte Steuereinrichtung 23a zum pulsierenden Betrieb eines beispielsweise dem Feststoffbrenner 1 der Figur 1 ähnlichen Feststoffbrenners ohne Stauscheibe. Die Steuereinrichtung 23a ist durch die Dosiereinrichtung 24 gebildet, die zeitlich variierende Brennstoffmengen wie Brennstoffdosen 25 des Brennstoffs 10 in das zum Feststoffbrenner führende Steigrohr 26, in dem die Primärluft 1 1 geführt wird, einbringt. Hierzu ist die Dosiereinrichtung 24 als seelenlose Schnecke 27 ausgebildet, die mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit um die Drehachse d verdreht wird. Der Abstand a zwischen den Windungen 28 der Schnecke 27 ist dabei so bemessen, dass bei einer kontinuierlichen Befüllung der Schnecke 27 zwischen den von einer Windung 28 mitgenommenen Brennstoffdosen 25 und den in Transportrichtung davorliegenden Windungen 28 der Abstand b eingestellt wird, wodurch eine zeitlich variierende Zugabe von Brennstoff dosen 25 in das Steigrohr 26 erfolgt. Die Drehzahl der Schnecke 27 kann dabei an eine gewünschte Beladung der Primärluft 1 1 mit Brennstoff 10 angepasst werden, um eine gewünschte Frequenz wie Pulsationsfrequenz des Gehalts an Brennstoff 10 bevorzugt im Bereich von 0,5 Hz bis 1 Hz zu erzielen. Wrd der Feststoffbrenner im Volllastbetrieb betrieben, sind die Abstände b aufgrund der erhöhten Brennstoffdosen 25 zwischen zwei Windungen ebenfalls mit Brennstoff 10 befüllt, so dass eine kontinuierliche Beschickung des Steigrohrs 26 mit Brennstoff 10 erfolgt. Die Figur 3 zeigt das beispielsweise mittels eines der Figur 1 entsprechenden Feststoffbrenners 1 gemessene Diagramm 30 mit den Gehalten c [NOx] an Stickoxiden und c [CO] an Kohlenstoffmonoxid des Abgases abhängig von der Frequenz F [Hz] wie Pulsationsfrequenz zwischen 0 und 1 ,2 Hz eines variierten Gehalts an festem, pulverisiertem Brennstoff 10 (Figuren 1 und 2). Die breiten Balken 31 - 35 geben dabei die Gehalte an Stickoxid und die schmalen Balken 36 - 40 die Gehalte an Kohlenstoffmonoxid an. Die Gehalte an Kohlenstoffmonoxid liegen weitgehend unabhängig von der Frequenz F auf einem niedrigen Niveau von beispielsweise zwischen 3 und 4 mg/Nm3 bezogen auf 5 Volumenprozent trockenen Sauerstoffs, so dass kein negativer Einfluss vom pulsierenden Betrieb des Feststoffbrenners 1 auf die in ausreichender Weise niedrigen Gehalte des Kohlenstoffmonoxids ausgeht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel fallen die
Stickoxidgehalte im Bereich der Frequenzen F= 0 am Balken 31 , also bei nicht pulsierend betriebenem Feststoffbrenner 1 , und einer Frequenz F = 1 ,2 Hz am Balken 35 auf ein Minimum - hier bei der Frequenz F=0,8 signifikant von einem Betrieb bei nichtpulsierend betriebenem Feststoffbrenner 1 von beispielsweise über 500 mg/Nm3 bezogen auf 5
Volumenprozent trockenen Sauerstoffs an Stickoxiden Balken 31) auf teilweise auf unter 20 Prozent dieses Gehalts auf beispielsweise 120 mg/Nm3 bezogen auf 5 Volumenprozent trockenen Sauerstoffs an Stickoxiden (Balken 33) Dem Diagramm 30 liegen die Messungen an dem Brennraum 3 der Figur 1 mit dem Feststoffbrenner 1 zugrunde. In anderen
Brennumgebungen können geänderte Messwerte auftreten und andere Frequenzen für einen minimalen Gehalt an Stickoxiden vorteilhaft sein.
Die Figuren 4a bis 4c zeigen in der Zusammenschau das Reduzierstück 41 der Lanze 5 der Figur 1 in Ansicht gegen die Strömungsrichtung des Luft/Brennstoffgemisches (Figur 4a), einen Längsschnitt entlang der Strömungsrichtung entlang der Schnittlinie A-A mit angeordneter Steuereinrichtung 23 (Figur 4b) und in 3D-Ansicht (Figur 4c). Das
Reduzierstück 41 weist zwei Rohrabschnitte 42, 43 mit unterschiedlichen Durchmessern D1 , D2, beispielsweise zirka 150 mm und 70 mm auf. An dem größeren Durchmesser D1 ist die Öffnung 44 beispielsweise mit einem Durchmesser D3 von zirka 40 mm bis 45 mm zur Aufnahme des Steigrohrs zur Einführung des Luft/Brennstoffgemisches in die Lanze 5 und anschließend in den Brennraum 3 eingebracht. Der Abstand A1 des Mittelpunkts der Öffnung
44 zum Ende des Rohrabschnitts 42 beträgt zirka 65 mm. Die Längen L1 , L2 der
Rohrabschnitte 42, 43 betragen ca. 1 15 mm und 50 mm. Die Länge L3 des Mittelabschnitts
45 zwischen den beiden Rohrabschnitten 42, 43 beträgt zirka 140 mm. Die Radien R1 , R2 an den Übergängen zwischen den Rohrabschnitten 42, 43 und dem Mittelabschnitt 45 betragen 80 mm und 90 mm. Der Öffnungswinkel α des Mittelabschnitts 45 beträgt 30°. Zwischen den beiden Radien R1 , R2 ist ein kegelstumpfförmiger Bereich 46 mit einer Länge L4 von zirka 33 mm vorgesehen. Endseitig ist an dem Rohrabschnitt 42 zur Strömungsachse ds konzentrisch die Öffnung 47 vorgesehen, durch die die Lanzen 6, 7 (Figur 1) geführt sind. Die Lanzen 6, 7 begrenzen an dem endseitigen Flansch 48 des Rohrabschnitts 43 einen hier nur angedeuteten Ringspalt 49, durch den das Luft/Brennstoffgemisch an die
Mündungsöffnung 2 (Figur 1) geführt wird. Durch die Art und Ausbildung des Reduzierstücks 41 erfolgt die Leitung des Luft/Brennstoffgemisches an die Mündungsöffnung 2 mit Drall und kann durch die Steuereinrichtung 23 pulsierend erfolgen, indem an dieser Brennstoff zeitlich variierend abgeschieden und wieder mitgenommen wird. Es versteht sich, dass die Ausbildung des Reduzierstücks 41 gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch andere Maße aufweisen kann.
Die Steuereinrichtung 23 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus der
Streuscheibe 21 mit der zentralen Öffnung 51 , die zwischen den Flanschen 22 radial verlagerbar gegenüber der Strömungsachse ds geführt ist. Zur Einstellung der exzentrischen Verlagerung der Streuscheibe 21 gegenüber dem Ringspalt 49 ist hier beispielsweise die Stellschraube 50 vorgesehen. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel verschließt die Streuscheibe 21 den oberen Teil des Ringspalts 49, während der untere Teil des Ringspalts 49 geöffnet bleibt. Durch den Drall stellt sich ein pulsierendes Gleichgewicht zwischen Ablagerung und Entfernung an der in den Ringspalt 49 einragenden Fläche F1 der
Streuscheibe 21 ein. Die Fläche F1 kann beispielsweise zur Einstellung des
Gleichgewichtes, zur Einstellung der Pulsationsfrequenz und dergleichen durch exzentrische Verlagerung der Streuscheibe 21 eingestellt werden.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Ansicht der Steuereinrichtung 23 der Figuren 1 und 4b bei nicht in den Ringspalt 49 eingreifender Streuscheibe 21 (Figur 5) und bei eingestellter Fläche F1 in dem Ringspalt 49 (Figur 6). Die Streuscheibe 21 ist in den Flanschen 22,
beispielsweise einem Rahmen aus Metall oder dergleichen radial verlagerbar geführt. Die freie Öffnung 51 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Ringspalts 49, der radial innen von dem nur schematisch dargestellten Außendurchmesser der Lanze 7 begrenzt wird. Die radial innerhalb der Lanze 7 dargestellte Lanze 6 entsprechend Figur 1 ist nicht dargestellt. In der Figur 5 ist die Streublende 21 zurückgezogen, so dass der gesamt Ringspalt 49 frei ist. Eine derartige Einstellung kann beispielsweise im Volllastbetrieb des Feststoffbrenners 1 (Figur 1) eingestellt werden. Zumindest im Teillastbetrieb ist die
Streublende 21 entsprechend Figur 6 exzentrisch in den Ringspalt 49 verlagert, so dass eine pulsierende Zufuhr des Brennstoffs an die Mündungsöffnung 2 (Figur 1) eintritt. Die
Verlagerung der Streuscheibe 21 kann mittels der Schraube 50 der Figur 4b manuell oder hierzu abweichend mittels eines Stellantriebs automatisiert erfolgen. Beispielsweise kann die Fläche F1 abhängig von dem Strom des Luft/Brennstoffgemischs, von der Partikelgröße des Brennstoffs, von dessen Gehalt im Strom, von dem Gehalt des Abgases an NOx und/oder CO, von dem Lastbetrieb und/oder dergleichen durch einen derartigen Stellantrieb eingestellt werden. Bezugszeichenliste
Feststoffbrenner
Mündungsöffnung
Brennraum
Ausmauerung
Lanze
Lanze
Lanze
Abstandshalter
Abstandshalter
Brennstoff
Primärluft
Pfeil
Pfeil
Pfeil
Pfeil
Pfeil
Drallerzeuger
Ringspalt
Pfeil
Pfeil
Stauscheibe
Flansch
Steuereinrichtung
Steuereinrichtung
Dosiereinrichtung
Brennstoffdosis
Steigrohr
Schnecke
Windung
Diagramm
Balken
Balken
Balken
Balken 5 Balken
6 Balken
7 Balken
8 Balken
9 Balken
0 Balken
1 Reduzierstück
42 Rohrabschnitt
43 Rohrabschnitt
44 Öffnung
45 Mittelabschnitt
46 Bereich
47 Öffnung
48 Flansch
49 Ringspalt
50 Stellschraube
51 Öffnung
A-A Schnittlinie A1 Abstand a Abstand b Abstand
D1 Durchmesser
D2 Durchmesser
D3 Durchmesser d Drehachse ds Strömungsachse
F Frequenz
F1 Fläche
L1 Länge
L2 Länge
L3 Länge
L4 Länge
R1 Radius
R2 Radius α Öffnungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Feststoffbrenner (1) für einen Brennraum (3) mit einer Abgasöffnung zur Verbrennung von pulverisierten, festen Brennstoffen (10) mit einer Primärluftzufuhreinrichtung und einer Brennstoffzufuhreinrichtung zur Herstellung eines Luft/Brennstoffgemisches aus Primärluft (11) und Brennstoff (10) sowie zumindest einer einem Strom des
Luft/Brennstoffgemischs an eine Mündungsöffnung (2) transportierenden Lanze (5), dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts vor der Mündungsöffnung (2) eine Steuerungseinrichtung (23) vorgesehen ist, welche mittels eines über die Zeit pulsierenden Betriebs des in dem Luft/Brennstoffgemisch enthaltenen Gehalts an Brennstoff (10) NOvEmissionen an der Abgasöffnung vermindert.
2. Feststoffbrenner (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23, 23a) einen im Luft/Brennstoffgemisch konstant herangeführten Gehalt an Brennstoff (10) pulsierend an- und abreichert.
3. Feststoffbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung an der Primärluftzufuhreinrichtung die Primärluftzufuhr pulsierend einstellt.
4. Feststoffbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23a) an der Brennstoffzufuhreinrichtung die Brennstoffzufuhr in die Primärluft pulsierend einstellt.
5. Feststoffbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz (F) einer pulsierenden Einstellung des Gehalts an Brennstoff (10) größer gleich 0,5 Hz und kleiner gleich 1 Hz beträgt.
6. Feststoffbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23) aus einer an der Lanze (5) vorgesehenen, pulsierend Brennstoff (10) aus dem Luft/Brennstoffgemisch aufnehmenden und abgebenden Stauscheibe (21) gebildet ist.
7. Feststoffbrenner (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer gegenüber der Lanze (5) verlagerbaren Stauscheibe (21) ein Querschnitt der Lanze (5) einstellbar ausgebildet ist.
8. Feststoffbrenner (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauscheibe (21) in einem Rahmen radial verlagerbar gegenüber der Lanze (5) aufgenommen ist.
9. Feststoffbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Dralls stromaufwärts vor der Steuereinrichtung ein Reduzierstück (41) mit einem Rohrabschnitt (42) großen Durchmessers (D1) und einem Rohrabschnitt (43) kleineren Durchmessers (D2) und einem zwischen diesen einen Durchmesserunterschied ausgleichenden Mittelabschnitt (45) vorgesehen ist, wobei an dem Rohrabschnitt (42) mit großem Durchmesser (D1) eine Öffnung (44) zur Zufuhr des Luft/Brennstoffgemisches vorgesehen ist.
10. Feststoffbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23a) aus der mit einer pulsierend mit Brennstoff (10) beschickten seelenlosen Schnecke (27) ausgestatteten Brennstoffzufuhreinrichtung gebildet ist.
1 1. Feststoffbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zu der zumindest einen Lanze (5) zumindest eine weitere Lanze (6, 7) zur Zufuhr eines Gasstroms vorgesehen ist und zumindest eine der Lanzen (5) pulsierend Brennstoff (10) in die Mündungsöffnung (2) einbringt.
12. Feststoffbrenner (1) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Brennstoff (10) Kohle ist und bei verschiedenen Brennstoffen ein Brennstoff organischer Feststoff ist.
13. Verfahren zum Betrieb eines Feststoffbrenners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem Brennstoff (10) pulsierend mit einer Frequenz zwischen 0,5 Hz und 1 Hz in den Brennraum (3) dosiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffbrenner (1) ausschließlich während eines Teillastbetriebes pulsierend betrieben wird.
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