EP3322935B1 - Kohlenstaubbrenner mit einstückiger, elektrisch beheizter brennstoffdüse - Google Patents

Kohlenstaubbrenner mit einstückiger, elektrisch beheizter brennstoffdüse Download PDF

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EP3322935B1
EP3322935B1 EP16723351.9A EP16723351A EP3322935B1 EP 3322935 B1 EP3322935 B1 EP 3322935B1 EP 16723351 A EP16723351 A EP 16723351A EP 3322935 B1 EP3322935 B1 EP 3322935B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
heating
burner
air
resistance wire
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP16723351.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3322935A1 (de
Inventor
Alfons Leisse
Sebastian Rehfeldt
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Mitsubishi Power Europe GmbH
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • F23C99/001—Applying electric means or magnetism to combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/02—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs for igniting solid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner

Definitions

  • the invention relates to a burner for the combustion of particulate, in particular dust-like, carbon-containing fuel, preferably coal or biomass, comprising a fuel or primary air pipe carrying a fuel mass flow with a fuel nozzle formed at its end of the burner opening, which has a stabilizing ring with teeth pointing radially inwards of a ring gear and on the outside has a conical radially outwardly widening jacket air or secondary air deflection cone, and comprises a jacket air or secondary air pipe coaxially surrounding the fuel or primary air pipe and preferably a core air pipe arranged coaxially within the fuel or primary air pipe, the fuel nozzle having at least one Electric heating or resistance wire heating and / or ignition device that forms within the burner for the emergence and the course of the initial pyrolysis and ignition of the fuel conveyed in the fuel or primary air pipe provides the required amount of thermal energy in the region of the fuel ignition location that is formed.
  • the burner comprises a fuel or primary air pipe, which has a fuel nozzle at its end on the burner mouth, which is formed in one piece and has a toothed ring with teeth pointing radially inwards and, on the outside, a conical radially outwardly widening jacket air or secondary air deflection cone.
  • the fuel or primary air pipe is coaxially surrounded by a jacket air or secondary air pipe, which in turn is coaxially surrounded by a tertiary air pipe.
  • a core air tube equipped with an ignition lance is arranged coaxially to the center of the fuel or primary air tube. Acting at the fuel nozzle it is a component which is produced in one piece, for example by centrifugal casting, and which forms the mouth cross section of the fuel or primary air pipe, also called the dust pipe in the case of combustion of coal dust.
  • the stabilizing ring has in particular the function of detecting the fuel conveyed in the fuel or primary air pipe, in particular coal dust, of decelerating its flow rate and of redirecting the fuel mass flow.
  • the definition of the location and the time of the ignition are of crucial importance, since only in this way can the combustion conditions, in particular the stoichiometry, be influenced. This does not allow an indefinite ignition of the fuel in the combustion chamber, since the fuel-air ratio can only be influenced to a limited extent here.
  • Such burners are also from the DE 42 17 879 A1 , the DE 43 25 643 A1 and the DE 195 27 083 A1 known.
  • particulate, carbon-containing fuel-fired power plants which result from the increased feeding of regenerative electrical energy into the power grid. Since the feeding of electrical energy from renewable energy sources into the power grid does not take place evenly, but depends on the availability of sun or wind, conventional, fossil-fired power plants higher demands on load flexibility.
  • particulate carbonaceous fuel such as coal or biomass boilers in particular dust-like fuel with the aid of suitable for this purpose is, in particular NO x fed-poor burners of the kind described above, together with the necessary quantity of combustion air to the combustion chamber.
  • the burners or burner groups are assigned to a number of grinding plants or mills.
  • the steam generator output currently called up is changed by changing the mill or burner output and by switching on or off individual grinding plants and the burners assigned to them. This means that the steam generator output is usually regulated based on the number of burners or burner groups in operation. This means that if the load changes frequently, the burner must be started and stopped accordingly.
  • the ignition generally consists of ignition lances or similar burners, which are arranged in the burner, and with which by combustion of gaseous or liquid auxiliary fuel, such as natural gas or heating oil, for ignition of the burner necessary pilot flame to be burned fuel is generated.
  • gaseous or liquid auxiliary fuel such as natural gas or heating oil
  • the duration results, among other things, from the time required for the preparation of the transportable fuel / fuel dust and the actual transport process to the burner (s). With a frequent load change and thus frequent start-up and shutdown processes of individual mills or grinding plants, this leads to a considerable increase in the costs and expenses for the pilot fuels such as heating oil or gas required when starting a burner, which has a negative impact on the economy of conventional power generation.
  • the invention is therefore based on the object of providing an alternative or improved solution which makes it possible to use a fuel nozzle of a burner equipped with a jacket air or secondary air repellency cone and a stabilizing ring with ring gear as an electrical heating and / or ignition device for the ignition of in the burner trained fuel.
  • the object is achieved according to the invention in that the fuel nozzle is formed in one piece and, in addition to the stabilizing ring and the jacket air or secondary air deflection cone, comprises a fuel or primary air pipe section and in that surface of the jacket air facing the jacket air or secondary air pipe - or secondary air repellency cone is formed at least one spiral groove, in which the at least one heating or resistance wire is spirally wound in at least one heating or resistance wire winding comprising a plurality of turns.
  • an electrical heating or resistance wire is integrated to one for the initial ignition of the burner, that is in the fuel or primary air tube supported fuel mass flow suitable location in the fuel nozzle of a designed for low NOx combustion burner, without adversely changing the mode of operation of the fuel nozzle for continuous operation even after the fuel has been ignited. Since the heating or resistance wire is wound onto the outside surface of the fuel nozzle, in particular the jacket air or secondary air repellency cone, in one or more grooves, the configuration of the fuel nozzle with its functions as part of the fuel or primary air pipe remains as a secondary air repelling groove (jacket air - or secondary air deflection cone) and received as a stabilizing ring.
  • Shaping of the fuel required by the introduction of the heating or resistance wire in or on the material of the fuel nozzle, while maintaining the x low-carbon for NO combustion can be advantageously a generally electrically heated fuel form, the simple construction and by mechanically Machining the surface of the fuel nozzle is simple and inexpensive to manufacture. Since a fuel nozzle is usually exposed to a high thermal load from the combustion chamber and abrasive wear from the fuel mass flow, it is usually made from a high-alloy steel. The surface of the fuel nozzle made from such steel can be machined well with a technically and economically justifiable effort.
  • the heating or resistance wire is not exposed to the fuel nozzle in the configuration of the fuel nozzle according to the invention, since it is arranged on the outer surface of the fuel nozzle. With this outer surface, it can protrude into the flow area of the jacket air or secondary air tube which promotes jacket air or secondary air and in which no abrasive media or only a small number of abrasive particles are conveyed.
  • the outer surface of the spiral heating or resistance wire winding can be covered with an appropriate insulating material.
  • the heating or resistance wire is according to the invention in the area of the most suitable place for the initial ignition, namely in the immediate vicinity of the stabilization ring of the fuel nozzle, so that the area formed in the fuel or primary air pipe in front of the stabilization ring reaches a possible high temperature with the lowest possible electrical heat absorption and thus the lowest possible electrical energy consumption of the resistance wire.
  • grooves or groove-shaped depressions are incorporated in the oblique, conically widening surface of the jacket air or secondary air repellency cone advantageously creates the possibility of a heating or resistance wire with good heat-transferring connection to the material body of the jacket air on this oblique surface - or secondary air deflection cone and at the same time to achieve a good fixation of the heating or resistance wire on the inclined surface.
  • one or more circumferential grooves are formed over the entire length of the jacket air or secondary air deflection cone on its surface facing the jacket air or secondary air pipe, which are aligned spirally and parallel to one another and adjoining one another over the course of the winding and with a diameter of the width and depth of the at least one heating or resistance wire are formed and into which the at least one heating or resistance wire is spirally wound in the heating or resistance wire winding comprising several turns, which the invention provides in one embodiment.
  • the width and depth of the groove corresponds at least approximately to the diameter of the heating or resistance wire, a particularly deep embedding of the heating or resistance wire in the base material and the material body of the jacket air or secondary air repellency cone is ensured and thus a particularly good heat transfer from the Heating or resistance wire reached to the adjacent material areas.
  • the heating or resistance wire winding has a plurality of spirally wound heating or resistance wires, which also distinguishes the invention.
  • a particularly good fixation of the at least one heating or resistance wire or the plurality of heating or resistance wires in the groove or in the grooves can be achieved in that these are connected to the base material or the body material of the fuel nozzle by brazing, this measure It also enables the heat transfer surface to be made more uniform, since areas where the respective heating or resistance wire does not lie directly on the base material or body material are filled by the molten hard solder initially, thereby creating a heat transfer bridge.
  • the invention is therefore characterized in a further embodiment in that the at least one heating or resistance wire or the plurality of heating or resistance wires is / are integrally connected to the material of the jacket air or secondary air repellency cone and the fuel nozzle by means of a molten hard braze.
  • the heating or resistance wire winding on its Jacket air or secondary air pipe facing surface is covered with a heat insulating material.
  • the invention provides that A circumferential stabilization ring groove is formed in the inside of the fuel nozzle facing away from the casing air or secondary air deflection cone in the immediate foot region of the toothed ring of the stabilization ring facing the casing air or secondary air deflection cone. Because a circumferential stabilizing ring groove is formed in the foot region of the ring gear of the stabilizing ring, more fuel is trapped here and the fuel mass flow is stopped more intensely, so that there is more time for heat transfer and ignition compared to the prior art.
  • the invention also provides that the depth of the stabilizing ring groove is at least 5% of the width of the stabilizing ring 5 or the toothed ring 6.
  • the burner designated as a whole by 1, comprises a fuel or primary air pipe 3 arranged coaxially to the burner longitudinal axis 2, at the end of the burner mouth of which a fuel nozzle 4 is formed.
  • the fuel nozzle 4 is formed in one piece and comprises a stabilizing ring 5, which has a ring gear 6 with radially inwardly pointing teeth 7 and on the outside a conical radially outwardly widening jacket air or secondary air deflection cone 8. Furthermore, the fuel nozzle 4 has the fuel or End facing the primary air pipe 3 has a fuel or primary air pipe section 9.
  • the fuel or primary air tube 3 is coaxially surrounded by a jacket air or secondary air tube 10, which in turn is coaxially surrounded by a tertiary air tube 11.
  • a core air tube 12 is arranged coaxially to the fuel or primary air tube 3, the mouth of which lies within the fuel or primary air tube 3 at a distance from the teeth 7 of the stabilizing ring 5.
  • an annular fuel delivery cross section 13 is formed in the round burner shown here, in which a fuel mass flow of the fuel intended for combustion to the mouth area of the fuel or primary air pipe 3, i.e. the fuel nozzle 4 is promoted.
  • the fuel delivered here is a particulate, in particular dusty, carbon-containing fuel, preferably coal or biomass or mixtures of these fuels.
  • At least one groove 15 is formed which spirally surrounds the surface 14.
  • the grooves 15 are from the Fig. 2 can be seen, which schematically represents a segment-like section from a fuel nozzle 4 according to the invention above the burner longitudinal axis 2.
  • the groove (s) 15 run around the surface 14 in multiple passages and extend in the longitudinal direction of the burner over the jacket air or secondary air deflection cone 8 and a partial region of the fuel or primary air pipe section 9.
  • An electrical heating or resistance wire 16 is embedded in a respective groove 15, being in the Fig. 2 three adjacent turns of a heating wire 16, which is embedded in a groove 15, are indicated.
  • the other grooves 15 are also covered in the same way with a heating or resistance wire 16 or a portion of such a heating or resistance wire 16 wound on the surface 14 to form a multi-start heating or resistance wire winding 17.
  • the at least one heating or resistance wire 16 is wound spirally in a heating or resistance wire winding 17 comprising a plurality of turns onto the surface 14 of the fuel nozzle 4, which in FIG Fig. 2 is only indicated by the heating or resistance wires 16 shown, but extends over the entire number of grooves 15.
  • a heating or resistance wire winding 17 wound on the surface 14 of the fuel nozzle 4 is shown in FIG Fig. 3 can be seen, here a total of three heating or resistance wire windings 17, each having its own electrical connection 21a, 21b, 21c, are wound in the grooves 15.
  • each groove 15 The width and the depth of each groove 15 are adapted to the diameter of the heating or resistance wire 16 to be inserted therein, so that a tight winding of the heating or resistance wires 16 is possible and these do not protrude, or at most only slightly, above the upper edge of each groove 15
  • the at least one heating or resistance wire 16 or the plurality of heating or resistance wires 16 are integrally connected to the material of the jacket air or secondary air repellency cone 8 or the fuel nozzle 4 by means of a hard solder applied in a molten form.
  • the heating or Resistance wire winding 17 is covered on its surface 22 facing the jacket air or secondary air 10 with a heat insulating material.
  • the grooves 15 are introduced into the base material of the fuel nozzle 4 by mechanical processing and serve to guide and fix the heating or resistance wire 16 or the heating or resistance wires 16 on the conically widening and thus inclined surface 14 of the jacket air or secondary air repellency cone 8 the fuel nozzle 4.
  • a circumferential stabilization groove 18 is formed on the inside of the fuel nozzle 4 facing away from the jacket air or secondary air repellency cone 8 in the immediate foot region of the ring gear 6 of the stabilization ring 5 facing the jacket air or secondary air repellency cone 8. This has the effect that the fuel particles conveyed in the fuel delivery cross section 13 remain sufficiently long in the area of the fuel nozzle 4 which is designed as at least one wound heating or resistance wire 16 as a heating and / or ignition device 19 and that there is an initial pyrolysis and ignition of the fuel or primary air pipe 3 with the aid of a carrier gas, in particular air, fuel delivered.
  • the depth of the stabilizing groove 18 in the axial direction of the burner 1 is at least 5% of the width B of the stabilizing ring 5 or the ring gear 6 in the axial direction of the burner.
  • the one or more feed ends or connections 21a, 21b, 21c of the heating or resistance wires 16, to which these are connected to an electrical voltage source, are preferably led out of the burner 1 through the jacket air or secondary air pipe 10 or its wall.
  • these supply lines are designed in such a way that they can withstand the usual temperatures of around 300 ° C. occurring in the long term.
  • a heat insulating material can be placed on the surface 22 of the heating or resistance wire winding 17 facing the jacket air or secondary air tube 10, which is preferably one with low thermal conductivity and high heat resistance, for example mineral fibers, rock wool, ceramic wool or ceramic textiles.
  • the heat insulation covering the heating or resistance wire winding 17 With the aid of the heat insulation covering the heating or resistance wire winding 17, the heat losses due to the convective cooling, which causes the secondary air conveyed in the jacket air or secondary air pipe 10, and radiation losses are reduced, which leads to a reduction in the electrical energy required for the desired heat emission to the fuel leads.
  • this layer of insulating material offers protection against ashes that may be contained in the secondary air or jacket air.
  • the insulation or the heat insulating material covering the heating or resistance wire winding 17 can be covered, clad and fixed with components made of thin, heat-resistant steel sheet, which are adapted to the outer shape of the fuel nozzle 4.
  • a heating and / or ignition device 19 is created which, within the burner 1, preferably the amount of thermal energy required for the formation and the course of the initial pyrolysis and ignition of the fuel conveyed in the fuel or primary air pipe 3 in the area of the stabilization groove 18 forming fuel ignition location and generated exclusively by means of electrical energy.
  • the fuel ignition location usually forms in the area of the stabilization ring 5, to which the stabilization groove 18 also contributes, which causes a backflow of the supplied particulate fuel and thus a delay in the flow rate of the fuel mass flow supplied through the fuel or primary air pipe 3 and its fuel delivery cross section 13, so that Adequate heat transfer from the exclusively electrically operated heating and / or ignition device 19 to the fuel mass flow, ie the individual fuel particles, can take place.
  • Adequate heat transfer from the exclusively electrically operated heating and / or ignition device 19 to the fuel mass flow, ie the individual fuel particles can take place.
  • the initial pyrolysis necessary for the ignition of the fuel and then the ignition which takes place first of the pyrolysis products and then the fuel particles is ensured.
  • the promotion of the particulate fuel mass flow into the region of the stabilizing groove 18 is supported by the usual swirl elements 20 formed in the fuel delivery cross section 13.
  • thermocouples can be arranged in the fuel nozzle 4 or at a suitable point on the burner 1.

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Description

  • Die Erfindung richtet sich auf einen Brenner die Verbrennung von partikelförmigem, insbesondere staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, vorzugsweise Kohle oder Biomasse, umfassend ein einen Brennstoffmassenstrom führendes Brennstoff- oder Primärluftrohr mit einer an seinem brennermündungsseitigen Ende ausgebildeten Brennstoffdüse, die einen Stabilisierungsring mit radial nach innen weisenden Zähnen eines Zahnkranzes und außenseitig einen sich konisch radial nach außen erweiternden Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus aufweist, und umfassend ein das Brennstoff- oder Primärluftrohr koaxial umgebendes Mantelluft- oder Sekundärluftrohr sowie vorzugsweise ein koaxial innerhalb des Brennstoff- oder Primärluftrohrs angeordnetes Kernluftrohr, wobei die Brennstoffdüse eine mindestens einen elektrischen Heiz-oder Widerstandsdraht aufweisende Heiz- und/oder Zündeinrichtung ausbildet, die innerhalb des Brenners die für die Entstehung und den Ablauf der initialen Pyrolyse und Zündung des im Brennstoff- oder Primärluftrohr geförderten Brennstoffs benötigte Wärmeenergiemenge im Bereich des sich bildenden Brennstoff-Zündortes bereitstellt.
  • Brenner für die Verbrenner von partikelförmigem, insbesondere staubförmigem Brennstoff, wie beispielsweise Kohle oder Biomasse und insbesondere Kohlenstaub, sind in der Vergangenheit als sogenannte "lowNOx-Brenner" entwickelt worden. Derartige Brenner zeichnen sich durch eine besonders niedrige NOx-Emission bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff aus. Ein solcher Brenner ist in der EP 1 741 977 B1 offenbart. Der Brenner umfasst ein Brennstoff- oder Primärluftrohr, das an seinem brennermündungsseitigen Ende eine Brennstoffdüse aufweist, die einstückig ausgebildet ist und einen radial nach innen weisende Zähne aufweisenden Zahnkranz sowie außenseitig einen sich konisch radial nach außen erweiternden Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus aufweist. Das Brennstoff- oder Primärluftrohr ist koaxial von einem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr koaxial umgeben, welches seinerseits wiederum koaxial von einem Tertiärluftrohr umgeben ist. Im Zentrum des Brennstoff- oder Primärluftrohres ist koaxial zu diesem ein mit einer Zündlanze ausgestattetes Kernluftrohr angeordnet. Bei der Brennstoffdüse handelt es sich um ein einstückig, beispielsweise im Schleudergussverfahren, hergestelltes Bauteil, das den Mündungsquerschnitt des Brennstoff- oder Primärluftrohres, im Falle der Verbrennung von Kohlenstaub auch Staubrohr genannt, ausbildet. Der Stabilisierungsring hat insbesondere die Funktion, den im Brennstoff- oder Primärluftrohr geförderten Brennstoff, insbesondere Kohlenstaub, zu erfassen, seine Strömungsgeschwindigkeit zu verzögern und den Brennstoffmassenstrom umzulenken. Hierdurch werden die für die Zündung des Brennstoffs notwendigen Voraussetzungen geschaffen, die für die Wärmeübertragung auf den Brennstoff und das Austreten flüchtiger Bestandteile notwendig sind. Bevor es zu einer Zündung des partikelförmigen Brennstoffes kommt, läuft eine initiale Pyrolyse ab und verbrennen zunächst durch die mit der Zündflamme der Zündlanze gezündeten, bei der Pyrolyse aus dem festen Brennstoff austretenden flüchtigen Bestandteile. Durch die Erfassung, Verzögerung und Umlenkung des Brennstoffes am Stabilisierungsring der Brennstoffdüse und durch die Übertragung von Wärme aus der Verbrennung des Pyrolysegases oder eines in der Zündlanze verbrannten Hilfsbrennstoffes werden die Pyrolyse und Zündung der Brennstoffpartikel unmittelbar an der Brennstoffdüse und hier vorzugsweise im Bereich des Zahnkranzes des Stabilisierungsringes bewirkt. Für eine NOx-arme Verbrennung sind die Definition des Ortes und der Zeit der Zündung von entscheidender Bedeutung, da nur auf diese Weise die Verbrennungsverhältnisse, insbesondere die Stöchiometrie, beeinflusst werden können. Eine unbestimmte Entzündung des Brennstoffes im Feuerraum erlaubt dies nicht, da hier nur noch bedingt auf das Brennstoff-LuftVerhältnis Einfluss genommen werden kann.
  • Derartige Brenner sind auch aus der DE 42 17 879 A1 , der DE 43 25 643 A1 und der DE 195 27 083 A1 bekannt.
  • In neuerer Zeit kommen für die partikelförmigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff verfeuernden Kraftwerke weitere Anforderungen hinzu, die sich aus der vermehrten Einspeisung von regenerativer elektrischer Energie in das Stromnetz ergeben. Da die Einspeisung von elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen in das Stromnetz nicht gleichmäßig erfolgt, sondern von der Verfügbarkeit von Sonne oder Wind abhängt, ergeben sich für konventionelle, fossil befeuerte Kraftwerke höher Anforderung an die Lastflexibilität. Bei derartigen, mit partikelförmigem kohlenstoffhaltigem Brennstoff wie Kohle oder Biomasse gefeuerten Dampferzeugern wird der insbesondere staubförmige Brennstoff mit Hilfe von hierfür geeigneten, insbesondere NOx-armen Brennern der vorstehend beschriebenen Art gemeinsam mit der erforderlichen Verbrennungsluftmenge dem Feuerraum zugeführt. Für die Aufbereitung des jeweiligen Brennstoffes sind die Brenner oder Brennergruppen einer Anzahl von Mahlanlagen oder Mühlen zugeordnet. Die jeweils aktuell abgerufene Dampferzeugerleistung wird durch die Veränderung der Mühlen- bzw. Brennerleistung und durch das Zu- bzw. Abschalten von einzelnen Mahlanlagen und der diesen jeweils zugeordneten Brennern verändert. Dies bedeutet, dass die Dampferzeugerleistung üblicherweise anhand der Anzahl der in Betrieb befindlichen Brenner oder Brennergruppen geregelt wird. Das bedeutet, dass bei einem häufigen Lastwechsel ein entsprechendes An- und Abfahren des Brenners erfolgen muss.
  • Gemäß der DIN EN 12952-9 darf aber ein Brenner oder eine Brennergruppe nicht gestartet werden, wenn die zugeordnete Zündfeuerung nicht in Betrieb ist, es sei denn, benachbarte Brennerebenen sind in Betrieb und stellen eine zuverlässige Zündung sicher. Bei den bekannten NOx-armen Brennern besteht die Zündfeuerung in der Regel aus Zündlanzen oder ähnlichen Brennern, die im Brenner angeordnet sind, und mit denen durch Verbrennung von gasförmigem oder flüssigem Hilfsbrennstoff, wie beispielsweise Erdgas oder Heizöl, die für eine Zündung des im Brenner zu verbrennenden Brennstoffes notwendige Zündflamme erzeugt wird. Außerdem umfassen derartige Zündfeuerungen eine Flammenüberwachung. Aufgrund der fluktuierenden Einspeisung von elektrischer Energie in das allgemeine öffentliche Stromnetz steigt nun die Anzahl der mit einem Dampferzeuger zu realisierenden Lastwechsel, was zwangsläufig zu einem höheren Verbrauch an Hilfswerkstoffen für die Initialzündung des jeweiligen festen, partikelförmigen Brennstoffes mittels der Zündfeuerung führt, da die Zündfeuerung solange betrieben werden muss, bis die Flammenüberwachung des jeweiligen Brenners das Signal "Feuer ein" meldet. In der Regel dauert dieser Betriebszustand einige Minuten, bis ein für die stabile Flammenausbildung ausreichender Brennstoffmassenstrom den jeweils zugehörigen Brenner erreicht.
  • Die Dauer ergibt sich unter anderem aus dem Zeitbedarf für die Aufbereitung des transportfähigen Brennstoffs/Brennstaubes und dem eigentlichen Transportvorgang zu dem/den Brenner(n). Bei einem häufigen Lastwechsel und damit häufigen Start- und Abfahrvorgängen einzelner Mühlen oder Mahlanlagen führt dies zu einer erheblichen Zunahme der Kosten und Aufwendungen für die beim Anfahren eines Brenners benötigten Zündbrennstoffe wie Heizöl oder Gas, was die Wirtschaftlichkeit konventioneller Stromerzeugung negativ beeinflusst.
  • Aus diesem Grund sind daher Lösungen entwickelt worden, die es erlauben, einzelne Brennergruppen oder Brenner vorzugsweise ausschließlich durch den Einsatz elektrischer Energie und vorzugsweise ohne den Einsatz gasförmiger oder flüssiger Brennstoffes zu starten. Für die entsprechende Ausbildung von Brennern eignet sich auch die Brennstoffdüse als deren wesentlicher Bestandteil für die kontinuierliche Zündung des Brennstoffs bei einer NOx-armen Verbrennung und zur Auslösung der Initialzündung der Brennstoffpartikel. So offenbart die WO 2015/055443 A1 einen gattungsgemäßen Brenner, bei welchem die Brennstoffdüse mit einem Heiz- oder Widerstandsdraht versehen ist und dadurch als Heiz- und/oder Zündeinrichtung ausgebildet ist. Bei der in der WO 2015/055443 A1 beschriebenen Ausführungsform ist in das Material der Brennstoffdüse der Heiz- oder Widerstandsdraht eingearbeitet und eingelassen. Diese Ausführungsform ist allerdings mit fertigungstechnischen Problemen verbunden. So ist es äußerst schwierig den Heiz- oder Widerstandsdraht in die Brennstoffdüse einzuarbeiten und dabei dennoch die vollständige Funktion insbesondere als Widerstandsdraht mit ausreichender Wärmeübertragung sicherzustellen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine alternative oder verbesserte Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, die mit einem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus und einem Stabilisierungsring mit Zahnkranz ausgestattete Brennstoffdüse eines Brenners als elektrische Heiz- und/oder Zündeinrichtung für die Zündung von im Brenner gefördertem Brennstoff auszubilden.
  • Bei einem Brenner der eingangs näher bezeichneten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brennstoffdüse einstückig ausgebildet ist und neben dem Stabilisierungsring und dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt umfasst und dass in der dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandten Oberfläche des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus mindestens eine spiralförmig umlaufende Nut ausgebildet ist, in welche der mindestens eine Heiz-oder Widerstandsdraht spiralförmig in mindestens einer mehrere Windungen umfassenden Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung gewickelt ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennstoffdüse wird ein elektrischer Heiz- oder Widerstandsdraht an einer für die Initialzündung des im Brenner, das heißt in dessen Brennstoff- oder Primärluftrohr, geförderten Brennstoffmassenstroms geeigneten Stelle in die Brennstoffdüse eines für die NOx-arme Verbrennung ausgelegten Brenners integriert, ohne dabei die Wirkungsweise der Brennstoffdüse für den kontinuierlichen Betrieb auch nach Zündung des Brennstoffes nachteilig zu verändern. Da der Heiz- oder Widerstandsdraht außen auf die Außenoberfläche der Brennstoffdüse, insbesondere des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus, in einer oder mehreren Nuten gefasst, aufgewickelt wird, bleibt die Ausgestaltung der Brennstoffdüse mit ihren Funktionen als Teil des Brennstoff- oder Primärluftrohres, als Sekundärluftabweiskehle (Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus) und als Stabilisierungsring erhalten. Durch die Einbringung des Heiz- oder Widerstandsdrahtes in den bzw. auf den Werkstoff der Brennstoffdüse unter Beibehaltung der für die NOx-arme Verbrennung erforderlichen Formgebung der Brennstoffdüse lässt sich in vorteilhafter Weise eine insgesamt elektrisch beheizte Brennstoffdüse ausbilden, die konstruktiv einfach aufgebaut und durch mechanisch Bearbeitung der Oberfläche der Brennstoffdüse einfach und kostengünstig herstellbar ist. Da eine Brennstoffdüse üblicherweise einer hohen thermischen Belastung aus dem Feuerraum und abrasivem Verschleiß durch den Brennstoffmassenstrom ausgesetzt ist, ist diese in der Regel aus einem hochlegiertem Stahl hergestellt. Die aus einem solchen Stahl hergestellte Brennstoffdüse lässt sich mit einem technisch und wirtschaftlich vertretbaren Aufwand an ihrer Oberfläche mechanisch gut bearbeiten. Den im Brennstoff- oder Primärluftrohr aufgrund des darin geförderten Brennstoffmassenstromes herrschenden abrasiven Verschleißbedingungen ist der Heiz- oder Widerstandsdraht bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Brennstoffdüse nicht ausgesetzt, da er auf der Außenfläche der Brennstoffdüse angeordnet ist. Mit dieser Außenfläche kann er in den Mantelluft- oder Sekundärluft fördernden Strömungsbereich des Mantelluft- oder Sekundärluftrohres hineinragen, in welchem keine abrasiven Medien oder nur eine geringe Anzahl an abrasiv wirkenden Partikeln gefördert werden. Um eine Wärmeabgabe an das im Mantelluft- oder Sekundärluftrohr geförderte Medium zu vermindern, kann die Außenfläche der spiralförmigen Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung mit einem entsprechenden Isoliermaterial abgedeckt sein. Um den Wärmeeintrag und die Zündung möglichst an einer die Initialzündung des im Brennstoff- oder Primärluftrohr geförderten Brennstoffs bzw. Brennstoffmassenstroms sichernden Stelle im Brenner sicherzustellen, ist erfindungsgemäß der Heiz- oder Widerstandsdraht im Bereich des für die Initialzündung am besten geeigneten Ortes, nämlich in unmittelbarer Nähe des Stabilisierungsringes der Brennstoffdüse angeordnet, so dass der in dem Brennstoff- oder Primärluftrohr vor dem Stabilisierungsring ausgebildete Bereich eine möglich hohe Temperatur bei einer möglichst geringen elektrischen Wärmeaufnahme und damit einem möglichst geringen elektrischen Energieverbrauch des Widerstandsdrahtes erreicht.
  • Schließlich wird dadurch, dass in der schrägen, sich konisch erweiternden Fläche des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus Nute oder nutförmige Vertiefungen eingearbeitet sind, in vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, auf dieser schrägen Fläche einen Heiz- oder Widerstandsdraht mit guter wärmeübertragender Verbindung an den Materialkörper des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus und gleichzeitig eine gute Fixierung des Heiz- oder Widerstandsdrahtes auf der schräg verlaufenden Fläche zu erzielen.
  • Besonders zweckmäßig ist es, wenn über die gesamte Länge des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus auf dessen dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandten Oberfläche eine oder mehrere umlaufende Nute ausgebildet sind, die spiralförmig und parallel zueinander ausgerichtet sowie über den Wicklungsverlauf aneinander angrenzend und mit einer dem Durchmesser des mindestens einen Heiz- oder Widerstandsdrahtes entsprechenden Breite und Tiefe ausgeformt sind und in welche(n) der mindestens eine Heiz- oder Widerstandsdraht spiralförmig in der mehrere Windungen umfassenden Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung gewickelt ist, was die Erfindung in Ausgestaltung vorsieht.
  • Dadurch dass die Breite und Tiefe der Nute zumindest in etwa dem Durchmesser des Heiz- oder Widerstandsdrahtes entspricht, ist eine besonders tiefe Einbettung des Heiz- oder Widerstandsdrahtes in das Grundmaterial und den Materialkörper des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus sichergestellt und damit eine besonders gute Wärmeübertragung von dem Heiz- oder Widerstandsdraht an die anliegenden Materialbereiche erreicht.
  • Um eine gute elektrische Leistungsaufnahme und eine möglichst gleichmäßige Wärmeerzeugung zu erreichen, ist es weiterhin von Vorteil, dass die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung mehrere spiralförmig gewickelte Heiz- oder Widerstandsdrähte aufweist, wodurch sich die Erfindung ebenfalls auszeichnet.
  • Eine besonders gute Fixierung des mindestens einen Heiz- oder Widerstandsdrahtes oder der mehreren Heiz- oder Widerstandsdrähte in der Nut oder in den Nuten lässt sich dadurch erreichen, dass dieser/diese durch Hartlöten mit den Grundwerkstoff oder dem Körpermaterial der Brennstoffdüse verbunden werden, wobei diese Maßnahme auch eine Vergleichmäßigung der Wärmeübertragungsfläche insofern ermöglicht, als Bereiche, an denen der jeweilige Heiz- oder Widerstandsdraht nicht unmittelbar an dem Grundwerkstoff oder Körpermaterial anliegt, durch das zunächst noch schmelzflüssige Hartlot gefüllt und damit eine Wärmeübertragungsbrücke geschaffen wird. Die Erfindung zeichnet sich daher in weiterer Ausgestaltung dadurch aus, dass der mindestens eine Heiz- oder Widerstandsdraht oder die mehreren Heiz- oder Widerstandsdrähte mittels eines schmelzflüssig aufgetragenen Hartlotes stoffschlüssig mit dem Werkstoff des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus und der Brennstoffdüse verbunden ist/sind.
  • Um eine Wärmeangabe auf die dem Brennstoff- oder Primärluftrohr abgewandte und der dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandten Oberflächenseite der Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung zu unterbinden oder zumindest zu verringern, ist es gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, dass die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung auf ihrer dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandten Oberfläche mit einem Wärmeisoliermaterial bedeckt ist.
  • Um eine ausreichende Verweilzeit des im Brennstoff- oder Primärluftrohr geförderten Brennstoffes oder Brennstoffmassenstroms an dem für die initiale Zündung geeigneten Ort, nämlich im Bereich des Stabilisierungsringes, sicherzustellen und gegenüber dem bekannten Stand der Technik zu verbessern, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass auf der dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus abgewandten Innenseite der Brennstoffdüse im dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus zugewandten unmittelbaren Fußbereich des Zahnkranzes des Stabilisierungsrings eine umlaufende Stabilisierungsringnut ausgebildet ist. Dadurch, dass im Fußbereich des Zahnkranzes des Stabilisierungsringes eine umlaufende Stabilisierungsringnut ausgebildet ist, wird hier mehr Brennstoff gefangen und der Brennstoffmassenstrom intensiver aufgehalten, so dass gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik mehr Zeit für eine Wärmeübertragung und Zündung gegeben ist.
  • Da der Durchmesser und die Tiefe dieser Stabilisierungsnut in einem direkten Verhältnis zum Innendurchmesser der Brennstoffdüse stehen, sieht die Erfindung schließlich auch vor, dass die Tiefe der Stabilisierungsringnut mindestens 5 % der Breite des Stabilisierungsrings 5 oder des Zahnkranzes 6 beträgt.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
    • Fig. 1
    in schematischer Schnittdarstellung den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners,
    Fig. 2
    in schematischer Schnittdarstellung eines Teiles einer Brennstoffdüse Einzelheiten deren erfindungsgemäßer Ausgestaltung und in
    Fig. 3
    in schematischer Perspektivdarstellung eine mit mehreren Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklungen umwickelte Brennstoffdüse.
  • Der insgesamt mit 1 bezeichnete Brenner umfasst ein koaxial zur Brennerlängsachse 2 angeordnetes Brennstoff- oder Primärluftrohr 3, an dessen brennermündungsseitigem Ende eine Brennstoffdüse 4 ausgebildet ist. Die Brennstoffdüse 4 ist einstückig ausgebildet und umfasst einen Stabilisierungsring 5, der einen Zahnkranz 6 mit radial nach innen weisenden Zähnen 7 aufweist sowie außenseitig einen sich konisch radial nach außen erweiternden Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8. Weiterhin weist die Brennstoffdüse 4 an ihrem dem Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 zugewandten Ende einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt 9 auf. Das Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 ist koaxial von einem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr 10 umgeben, welches wiederum koaxial von einem Tertiärluftrohr 11 umgeben ist. Innerhalb des Brennstoff- oder Primärluftrohres 3 ist koaxial zu diesem ein Kernluftrohr 12 angeordnet, dessen Mündung innerhalb des Brennstoff- oder Primärluftrohres 3 mit Abstand zu den Zähnen 7 des Stabilisierungsringes 5 liegt. Zwischen dem Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 und dem Kernluftrohr 12 ist ein bei dem hier dargestellten Rundbrenner kreisringförmiger Brennstoffförderquerschnitt 13 ausgebildet, in welchem ein Brennstoffmassenstrom des für die Verbrennung vorgesehenen Brennstoffes zum Mündungsbereich des Brennstoff- oder Primärluftrohres 3, d.h. der Brennstoffdüse 4, gefördert wird. Bei dem hier geförderten Brennstoff handelt es sich um einen partikelförmigen, insbesondere staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff, vorzugsweise Kohle oder Biomasse oder Mischungen dieser Brennstoffe.
  • In der dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandten Oberfläche 14 des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8 ist mindestens eine spiralförmig auf der Oberfläche 14 umlaufende Nut 15 ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere spiralförmig umlaufende und parallel zueinander ausgerichtete sowie über einen Wicklungsumlauf jeweils aneinander angrenzende Nute 15 auf der Oberfläche 14 ausgebildet. Diese werden beispielsweise durch mechanische Bearbeitung der Oberfläche der einstückig, beispielsweise im Schleudergussverfahren, hergestellten Brennstoffdüse 4 erzeugt. Die Nute 15 sind aus der Fig. 2 ersichtlich, die einen segmentartigen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Brennstoffdüse 4 oberhalb der Brennerlängsachse 2 schematisch darstellt. Die Nut(e) 15 laufen mehrgängig auf der Oberfläche 14 um und erstrecken sich in Brennerlängsrichtung über den Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8 und einen Teilbereich des Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnittes 9. In eine jeweilige Nut 15 ist ein elektrischer Heiz- oder Widerstandsdraht 16 eingelassen, wobei in der Fig. 2 drei nebeneinander liegende Windungen eines Heizdrahtes 16, der eine Nut 15 eingelassen ist, andeutungsweise dargestellt sind. Auch die anderen Nute 15 sind in gleicher Weise mit einem Heiz- oder Widerstandsdraht 16 oder einem Teilabschnitt eines solchen unter Ausbildung einer mehrgängigen Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 auf die Oberfläche 14 gewickelten Heiz- oder Widerstandsdrahtes 16 belegt. Auf diese Weise ist der mindestens eine Heiz- oder Widerstandsdraht 16 spiralförmig in einer mehrere Windungen umfassenden Heiz-oder Widerstandsdrahtwicklung 17 auf die Oberfläche 14 der Brennstoffdüse 4 gewickelt, die in Fig. 2 lediglich durch die dargestellten Heiz- oder Widerstandsdrähte 16 angedeutet ist, sich aber über die gesamte Anzahl an Nuten 15 erstreckt. Eine solche auf die Oberfläche 14 der Brennstoffdüse 4 aufgewickelte Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 ist aus der Fig. 3 ersichtlich, wobei hier insgesamt drei Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklungen 17, die jeweils einen eigenen elektrischen Anschluss 21a, 21b, 21c aufweisen, in den Nuten 15 gewickelt sind. Die Breite und die Tiefe einer jeden Nut 15 ist an den Durchmesser des darin einzulegenden Heiz- oder Widerstandsdrahtes 16 angepasst, so dass eine straffe Wicklung der Heiz- oder Widerstandsdrähte 16 möglich ist und diese nicht oder allenfalls geringfügig über die Oberkante einer jeden Nut 15 hervorstehen Der mindestens eine Heiz- oder Widerstandsdraht 16 oder die mehreren Heiz- oder Widerstandsdrähte 16 sind mittels eines schmelzflüssig aufgetragenen Hartlotes stoffschlüssig mit dem Werkstoff des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8 bzw. der Brennstoffdüse 4 verbunden. In nicht dargestellter Weise ist die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 auf ihrer dem Mantelluft- oder Sekundärluft 10 zugewandten Oberfläche 22 mit einem Wärmeisoliermaterial bedeckt.
  • Die Nute 15 werden durch mechanisch Bearbeitung in den Grundwerkstoff der Brennstoffdüse 4 eingebracht und dienen zur Führung und Befestigung des Heiz-oder Widerstandsdrahtes 16 oder der Heiz- oder Widerstandsdrähte 16 auf der konisch sich erweiternden und damit schräg verlaufenden Oberfläche 14 des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8 der Brennstoffdüse 4.
  • Auf der dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8 abgewandten Innenseite der Brennstoffdüse 4 ist im dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8 zugewandten unmittelbaren Fußbereich des Zahnkranzes 6 des Stabilisierungsrings 5 eine umlaufenden Stabilisierungsnut 18 ausgebildet. Diese bewirkt, dass die im Brennstoffförderquerschnitt 13 geförderten Brennstoffpartikel ausreichend lang im Bereich der durch die erfindungsgemäße Ausstattung mit mindestens einem gewickelten Heiz- oder Widerstandsdraht 16 als Heiz- und/oder Zündeinrichtung 19 ausgebildeten Brennstoffdüse 4 verbleiben und eine initiale Pyrolyse und Zündung des im Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 mit Hilfe eines Traggases, insbesondere Luft, geförderten Brennstoffs ermöglicht. Die Tiefe der Stabilisierungsnut 18 in axialer Richtung des Brenners 1 beträgt mindestens 5 % der Breite B des Stabilisierungsrings 5 oder des Zahnkranzes 6 in axialer Richtung des Brenners.
  • Das oder die Einspeisungsenden oder Anschlüsse 21a, 21b, 21c des oder der Heiz- oder Widerstandsdrähte 16, an welchen diese mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden sind, werden vorzugsweise durch das Mantelluft- oder Sekundärluftrohr 10 oder dessen Wandung aus dem Brenner 1 herausgeführt. Innerhalb des Brenners 1 werden dabei diese Versorgungsleitungen so ausgestaltet, dass sie die hier auftretenden üblichen Temperaturen von um die 300 °C langfristig aushalten.
  • Auf die dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr 10 zugewandte Oberfläche 22 der Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 kann ein Wärmeisoliermaterial aufgelegt sein, wobei es sich vorzugsweise um ein solches mit geringer Wärmeleitfähigkeit und hoher Hitzebeständigkeit, beispielsweise mineralische Fasern, Steinwolle, Keramikwolle oder keramische Textilien handelt. Mit Hilfe der die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 bedeckenden Wärmeisolierung werden die Wärmeverluste aufgrund der konvektiven Kühlung, die die im Mantelluft- oder Sekundärluftrohr 10 geförderte Sekundärluft bewirkt, sowie Abstrahlungsverluste verringert, was zu einer Verringerung des für die gewünschte Wärmeabgabe an den Brennstoff notwendigen elektrischen Energiebedarfs führt. Außerdem bietet diese Schicht aus Isoliermaterial Schutz vor in der Sekundärluft oder Mantelluft gegebenenfalls enthaltener Asche. Zur Abdeckung kann die Isolierung bzw. das die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 bedeckende Wärmeisoliermaterial mit der äußeren Form der Brennstoffdüse 4 angepassten Bauteilen aus dünnem, hitzebeständigem Stahlblech abgedeckt, verkleidet und fixiert werden.
  • Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennstoffdüse 4 wird eine Heiz- und/oder Zündeinrichtung 19 geschaffen, die innerhalb des Brenners 1 die für die Entstehung und den Ablauf der initialen Pyrolyse und Zündung des im Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 geförderten Brennstoffs benötigte Wärmeenergiemenge im Bereich des sich vorzugsweise im Bereich der Stabilisierungsnut 18 bildenden Brennstoff-Zündortes bereitstellt und ausschließlich mittels elektrischer Energie erzeugt. Der Brennstoffzündort bildet sich üblicherweise im Bereich des Stabilisierungsringes 5 aus, wozu auch die Stabilisierungsnut 18 beiträgt, die einen Rückstau des zugeführten partikelförmigen Brennstoffs und damit eine Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit des durch das Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 und dessen Brennstoffförderquerschnitt 13 zugeführten Brennstoffmassenstromes bewirkt, so dass eine ausreichende Wärmeübertragung von der ausschließlich elektrisch betriebenen Heiz- und/oder Zündeinrichtung 19 auf den Brennstoffmassenstrom, d.h. die einzelnen Brennstoffpartikel, erfolgen kann. Auf diese Weise wird hier die für die Zündung des Brennstoffes notwendige initiale Pyrolyse und dann erfolgende Zündung zunächst der Pyrolyseprodukte und dann der Brennstoffpartikel gewährleistet. Unterstützt wird die Förderung des partikelförmigen Brennstoffmassenstromes in den Bereich der Stabilisierungsnut 18 durch im Brennstoffförderquerschnitt 13 ausgebildete übliche Drallelemente 20.
  • Zur Temperaturregelung der Heiz- und/oder Zündeinrichtung 19 können in der Brennstoffdüse 4 oder an geeigneter Stelle des Brenners 1 Temperaturfühler, beispielsweise Thermoelemente, angeordnet sein.

Claims (7)

  1. Brenner (1) für die Verbrennung von partikelförmigem, insbesondere staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, vorzugsweise Kohle oder Biomasse, umfassend ein einen Brennstoffmassenstrom führendes Brennstoff- oder Primärluftrohr (3) mit einer an seinem brennermündungsseitigen Ende ausgebildeten Brennstoffdüse (4), die einen Stabilisierungsring (5) mit radial nach innen weisenden Zähnen (7) eines Zahnkranzes (6) und außenseitig einen sich konisch radial nach außen erweiternden Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) aufweist, und umfassend ein das Brennstoff- oder Primärluftrohr (3) koaxial umgebendes Mantelluft- oder Sekundärluftrohr (10) sowie vorzugsweise ein koaxial innerhalb des Brennstoff- oder Primärluftrohrs (3) angeordnetes Kernluftrohr (12), wobei die Brennstoffdüse (4) eine mindestens einen elektrischen Heiz- oder Widerstandsdraht (16) aufweisende Heiz- und/oder Zündeinrichtung (19) ausbildet, die innerhalb des Brenners (1) die für die Entstehung und den Ablauf der initialen Pyrolyse und Zündung des im Brennstoff- oder Primärluftrohr (3) geförderten Brennstoffs benötigte Wärmeenergiemenge im Bereich des sich bildenden Brennstoff-Zündortes bereitstellt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Brennstoffdüse (4) einstückig ausgebildet ist und neben dem Stabilisierungsring (5) und dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt (9) umfasst und dass in der dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr (10) zugewandten Oberfläche (14) des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) mindestens eine spiralförmig umlaufende Nut (15) ausgebildet ist, in welche der mindestens eine Heiz- oder Widerstandsdraht (16) spiralförmig in mindestens einer mehrere Windungen umfassenden Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung (17) gewickelt ist.
  2. Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die gesamte Länge des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) auf dessen dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr (10) zugewandten Oberfläche (14) eine oder mehrere umlaufende Nute (15) ausgebildet sind, die spiralförmig und parallel zueinander ausgerichtet sowie über den Wicklungsverlauf aneinander angrenzend und mit einer dem Durchmesser des mindestens einen Heiz- oder Widerstandsdrahtes (16) entsprechenden Breite und Tiefe ausgeformt sind und in welche(n) der mindestens eine Heiz- oder Widerstandsdraht (16) spiralförmig in der mehrere Windungen umfassenden Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung (17) gewickelt ist.
  3. Brenner (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung (17) mehrere spiralförmig gewickelte Heiz- oder Widerstandsdrähte (16) aufweist.
  4. Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heiz- oder Widerstandsdraht (16) oder die mehreren Heiz- oder Widerstandsdrähte (16) mittels eines schmelzflüssig aufgetragenen Hartlotes stoffschlüssig mit dem Werkstoff des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) und der Brennstoffdüse (4) verbunden ist/sind.
  5. Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung (17) auf ihrer dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr (3) zugewandten Oberfläche (22) mit einem Wärmeisoliermaterial bedeckt ist.
  6. Brenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) abgewandten Innenseite der Brennstoffdüse (4) im dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) zugewandten unmittelbaren Fußbereich des Zahnkranzes (6) des Stabilisierungsrings (5) eine umlaufende Stabilisierungsringnut (18) ausgebildet ist.
  7. Brenner (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Stabilisierungsringnut (18) mindestens 5 % der Breite (B) des Stabilisierungsrings (5) oder des Zahnkranzes (6) beträgt.
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