EP4220010B1

EP4220010B1 - Verteilring für brennstoff in einem brenner, brenner mit derartigem verteilring und trockentrommel mit derartigem brenner

Info

Publication number: EP4220010B1
Application number: EP22205352.2A
Authority: EP
Inventors: Steven Mac Nelly; Dietmar Zimmer; Torsten Martini
Original assignee: Benninghoven Zweigniederlassung der Wirtgen Mineral Technologies GmbH
Current assignee: Benninghoven Zweigniederlassung der Wirtgen Mineral Technologies GmbH
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2025-08-27
Anticipated expiration: 2042-11-03
Also published as: US20230228413A1; FI4220010T3; EP4220010A1; ES3046190T3; AU2023200222A1; DE102022200625A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verteilring für Brennstoff in einem Brenner, einen Brenner mit einem derartigen Verteilring sowie eine Trockentrommel mit einem derartigen Brenner.
US 2008/0280242 A1 offenbart eine Kohlenbrenneranordnung.
GB 2 085 575 A offenbart einen Mehrfach-Treibstoff-Brenner.
FR 612 480 A offenbart einen Kohlenstaubbrenner.
Aus dem Stand der Technik sind außerdem Brenner zum Verbrennen von Feststoffen, insbesondere Braunkohlenstaub, bekannt, bei welchen der Braunkohlenstaub mit einem sogenannten Verteilring verteilt und mittels Brennstoffdüsen der Brennerflamme zugeführt wird. Beim Betrieb des Verteilrings können Verblockungen der Brennstoffdüsen durch den Braunkohlenstaub auftreten, wodurch insbesondere die Brennerflamme, insbesondere das sogenannte Flammbild der Brennerflamme, negativ beeinträchtigt wird. Insbesondere wird die Flammlänge reduziert. Die Ausbildung der Flammgeometrie ist insbesondere unsymmetrisch. Daraus resultiert eine, insbesondere unvollständige, unsymmetrische, ungleichmäßige und ineffiziente Verbrennung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brennstoffverbrennung in einem Brenner zu verbessern, insbesondere durch zuverlässige und gleichmäßige Brennstoffzuführung.
Die Aufgabe wird durch einen Verteilring für Brennstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Brenner mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und durch eine Trockentrommel mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass ein Verteilring für Brennstoff in einem Brenner einen bezüglich einer Längsachse ringförmig ausgeführten Hohlkörper mit mehreren daran angeschlossenen Abgabestutzen aufweist, wobei die Abgabestutzen jeweils in Radialrichtung bezogen auf die Längsachse außenliegend an dem Hohlkörper angeordnet sind. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass dadurch ein Materialstau in dem Verteilring, insbesondere in dem Hohlkörper, vermieden wird. Es wurde erkannt, dass Partikel des Brennstoffs, die mittels Druckluft in den Verteilring zugeführt werden, aufgrund der Zentrifugalkräfte der Fluidströmung in dem Verteilring radial nach außen, insbesondere in Richtung der radial außenliegenden Seitenwand des Hohlkörpers verlagert werden. Dadurch, dass die Abgabestutzen jeweils in Radialrichtung außenliegend, also radial maximal beabstandet bezogen auf die Längsachse, an dem Hohlkörper angeordnet sind, ist eine selbsttätige Abführung der Brennstoffpartikel aus dem Hohlkörper über die Abgabestutzen gewährleistet. Die Brennstoffverteilung ist unkompliziert und fehlersicher.
Dadurch, dass Verblockungen der Abgabestutzen vermieden sind, ist eine gleichmäßig verteilte Brennstoffzuführung gewährleistet. Das damit erzeugte Flammbild ist homogen und insbesondere symmetrisch bezüglich der Längsachse. Der erfindungsgemäße Verteilring gewährleistet eine effiziente und insbesondere vollständige, insbesondere eine rückstandslose, Verbrennung.
Um den Brennstoff in den Hohlkörper zuzuführen, dient ein an den Hohlkörper angeschlossener Zuführstutzen. Insbesondere ermöglicht der Zuführstutzen das definierte Zuführen des Brennstoffs, insbesondere in einer tangentialen Richtung in den ringförmigen Hohlkörper.
Der Brennstoff ist insbesondere ein Feststoff, insbesondere Braunkohle, Steinkohle, Klärschlamm und/oder Biomasse wie beispielsweise Biofasern, insbesondere Holzfasern, insbesondere Holzstaub und/oder Lebensmittelreste.
Der Verteilring weist mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens sechs, insbesondere mindestens acht, insbesondere mindestens zehn, insbesondere mindestens zwölf, insbesondere mindestens sechszehn, insbesondere mindestens zwanzig und insbesondere mindestens vierundzwanzig Abgabestutzen auf. Insbesondere sind höchstens einhundert Abgabestutzen am Verteilring angeordnet. Vorteilhaft ist es, wenn eine gerade Anzahl an Abgabestutzen vorhanden ist. In diesem Fall ist eine symmetrische Anordnung der Abgabestutzen entlang des Hohlkörpers möglich, insbesondere derart, dass die Abgabestutzen jeweils paarweise diametral gegenüberliegend bezüglich der Längsachse an dem Verteilring angeordnet sind. Die Anzahl der Abgabestutzen kann auch ungerade sein.
Ein Verteilring gemäß Anspruch 2 weist eine erhöhte Zuverlässigkeit bei der selbsttätigen Abgabe der Brennstoffpartikel auf. Es wurde insbesondere gefunden, dass eine polygonale Innenkontur des Hohlkörpers eine vorteilhafte Partikelführung und Partikelabgabe über die Abgabedüsen gewährleistet. Die polygonale Innenkontur ist insbesondere viereckig, insbesondere rechteckig oder trapezförmig oder in Form eines Parallelogramms ausgeführt. Die polygonale Innenkontur kann auch ein unregelmäßiges Vieleck, insbesondere ein unregelmäßiges Viereck, sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine in Radialrichtung orientierte Außenkante der Innenkontur zumindest abschnittsweise parallel zur Längsachse orientiert ist. Dadurch ist gewährleistet, dass bezogen auf die radiale Richtung bezüglich der Längsachse die Brennstoffpartikel nicht unerwünscht weiter radial nach außen abgedrängt werden, was für die selbsttätige Abgabe der Brennstoffpartikel hinderlich wäre.
Es ist alternativ möglich, dass zumindest eine Kante der Innenkontur zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgeführt ist. Vorteilhaft ist es, wenn die Krümmung bezogen auf den vom Hohlkörper umgegebenen Innenraum konkav ausgeführt ist.
Ein Verteilring gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine verbesserte, insbesondere gleichmäßigere Abgabe des Brennstoffs in die Brennerflamme. Insbesondere ist ein Umfangswinkel zwischen zwei benachbarten Abgabestutzen, insbesondere für sämtliche Abgabestutzen, identisch.
Ein Verteilring gemäß Anspruch 4 verbessert die gerichtete Abgabe des Brennstoffs in die Brennerflamme. Die Abgabestutzen sind mit ihrer jeweiligen Stutzen-Längsachse auf das Zentrum hin gerichtet, also zu der Längsachse hin geneigt. Der diesbezügliche Neigungswinkel ist größer als 0° und kleiner als 90°. Vorteilhaft ist es, wenn die Stutzen-Längsachse und die Längsachse des Hohlkörpers in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Ein Verteilring gemäß Anspruch 5 ermöglicht eine verbesserte Homogenität der Flammenausbildung.
Ein Verteilring gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine unkomplizierte Konstruktion. Insbesondere kann der Verteilring mit den Abgabestutzen im Wesentlichen einteilig ausgeführt sein. Auf jedem Abgabestutzen ist jeweils ein Düsen-Aufsatz lösbar montiert, insbesondere aufgeschraubt. Der jeweilige Düsen-Aufsatz ermöglicht eine verbesserte Abgabe der Brennstoffpartikel. Der jeweilige Düsen-Aufsatz kann eine komplexe Geometrie aufweisen. Dadurch, dass der Düsen-Aufsatz separat und insbesondere unabhängig vom Hohlkörper hergestellt wird, ist die Herstellung des Düsen-Aufsatzes flexibel möglich.
Ein Verteilring gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine gezielte Förderung der Brennstoffpartikel in Axialrichtung, insbesondere zu den Abgabestutzen hin.
Bei einem Verteilring gemäß Anspruch 8 ist die Axialförderung der Brennstoffpartikel verbessert.
Ein Verteilring gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine, insbesondere kontinuierliche, Axialförderung der Brennstoffpartikel.
Ein Brenner gemäß Anspruch 10 weist im Wesentlichen die Vorteile des Verteilrings auf, worauf hiermit verwiesen wird. Insbesondere ist der Verteilring mit dem Zuführstutzen an eine Primär-Brennstoffzuführung (kurz: Brennstoffzuführung) angeschlossen. Die Brennstoffzuführung umfasst insbesondere eine Brennstoffquelle und/oder eine Zuführleitung. Die Zuführung des Brennstoffs kann mittels einer pneumatischen Förderung erfolgen.
Eine Trockentrommel gemäß Anspruch 11 weist im Wesentlichen die Vorteile des Brenners auf, worauf hiermit verwiesen wird.
Insbesondere ist eine Stirnwand der Trockentrommel derart ausgeführt, dass zwischen der Stirnwand, dem Brennerkopf und der Brennstoffzuführung eine Kollision vermieden ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Stirnwand der Trockentrommel für den Brennerkopf und für die Brennstoffzuführung eine Öffnung aufweist, die insbesondere größer ist als die Außenabmessung von Brennerkopf und Brennstoffzuführung. Insbesondere ist eine einzige Öffnung in der Stirnwand angeordnet, in der der Brennerkopf und die Brennstoffzuführung angeordnet sind. Die Öffnung ist insbesondere im Wesentlichen schlüssellochförmig ausgeführt.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verteilrings angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische, teilgeschnittene Ansicht einer Trockentrommel mit einem einen erfindungsgemäßen Verteilring aufweisenden Brenner,
Fig. 2: eine teilgeschnittene Darstellung gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1,
Fig. 3: eine vergrößerte, teilgeschnittene Ansicht des Verteilrings an einem Brennerkopf gemäß Fig. 1,
Fig. 4: eine Ansicht gemäß Pfeil IV in Fig. 3,
Fig. 5: eine vergrößerte Detailansicht des Details V in Fig. 3,
Fig. 6: eine Ansicht gemäß Pfeil VI in Fig. 3,
Fig. 7: eine perspektivische Ansicht des Brennerkopfes mit Verteilring von hinten,
Fig. 8: eine Fig. 7 entsprechende perspektivische Darstellung von vorne.
Fig. 9: eine teilgeschnittene Ansicht gemäß Pfeil IX in Fig. 3.

Eine in Fig. 1 und 2 als Ganzes mit 1 gekennzeichnete Vorrichtung umfasst eine um eine Drehachse 2 drehantreibbare Trockentrommel 3 zum Trocknen und/oder Erhitzen von Material, insbesondere Material für die Asphaltherstellung, insbesondere Gesteinsmaterial, Altasphaltgranulat und/oder Zuschlagstoffe. Die Trockentrommel 3 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt. Die Drehachse 2 ist gegenüber der Horizontalen mit einem Drehachsen-Neigungswinkel h angeordnet, der insbesondere größer ist als 0° und insbesondere kleiner ist als 10°, insbesondere kleiner als 5° und insbesondere kleiner als 3°.
In Folge der Neigung der Trockentrommel 3 wird das zu trocknende Material in der Trockentrommel 3 entlang einer Materialförderrichtung 4 gefördert, die gemäß Fig. 1 von links nach rechts orientiert ist. An einer in Fig. 1 rechts dargestellten Stirnwand 5 der Trockentrommel 3 ist ein Materialauslauf 6 angeordnet, mittels dem das getrocknete Material aus der Trockentrommel 3 abgegeben wird. Der Materialauslauf 6 kann an verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung um die Drehachse 2 angeordnet sein. Es ist auch möglich, den Materialauslauf 6 an mehreren verschiedenen Stellen anzuordnen.
An einer der Stirnwand 5 gegenüberliegenden zweiten Stirnwand, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, ist ein Materialeinlauf angeordnet, um das zu trocknende Material der Trockentrommel 3 zuzuführen.
An der Stirnwand 5 ist ein Brenner 7 angeordnet und insbesondere an der Stirnwand 5 befestigt und insbesondere in die Stirnwand 5 integriert. Insbesondere weist die Stirnwand 5 eine Öffnung auf, durch die hindurch der Brenner 7 geführt ist und zumindest anteilig in einen von der Trockentrommel 3 umgebenen Innenraum hineinragt.
Der Brenner 7 weist ein eine Brenner-Längsachse 8 aufweisendes Brennergehäuse 9 auf, das insbesondere parallel und insbesondere konzentrisch zur Drehachse 2 an der Stirnwand 5 der Trockentrommel 3 angeordnet sein kann. Das Brennergehäuse 9 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgeführt und weist eine Luftzuführung 10 und eine Sekundär-Brennstoffzuführung 11 für Sekundärbrennstoff und/oder für Stützbrennstoff auf. Die Sekundär-Brennstoffzuführung 11 umfasst eine Sekundär-Brennstoffquelle, insbesondere einen Sekundär-Brennstoffspeicherbehälter 12, der mittels einer Sekundär-Brennstoffzuführleitung 13 an den Brenner 7 angeschlossen ist.
Ferner ist an dem Brenner 7 eine Primär-Brennstoffzuführung angeschlossen, die eine Primär-Brennstoffquelle 12a und eine daran angeschlossene Primär-Brennstoffzuführleitung 13a aufweist. Der Einfachheit halber werden im Folgenden die Primär-Brennstoffquelle als Brennstoffquelle 12a und die Primär-Brennstoffzuführleitung als Brennstoffzuführleitung 13a bezeichnet.
In dem Brenner 7, insbesondere in dem Brennergehäuse 9, ist ein Verteilring 14 zum verteilten Zuführen des Brennstoffs in dem Brenner 7 angeordnet. Der Verteilring 14 ist an die Brennstoffzuführleitung 13a angeschlossen, die zu der Brennstoffquelle 12a führt. Der Verteilring 14 ist insbesondere konzentrisch zur Brenner-Längsachse 8 angeordnet.
Zusätzlich ist an den Brenner 7 eine weitere Sekundär-Brennstoffzuführung angeschlossen, die wie die Sekundär-Brennstoffzuführung 11 zum Zuführen von Sekundärbrennstoff und/oder Stützbrennstoff dient. Die weitere Sekundär-Brennstoffzuführung umfasst einen weiteren Sekundär-Brennstoffspeicherbehälter 12b, der mittels einer weiteren Sekundär-Brennstoffzuführleitung 13b an den Brenner 7 angeschlossen ist.
Der Brenner 7 weist ferner einen Zündbrenner 37 auf, der in Fig. 1 rein schematisch dargestellt ist. Der Zündbrenner 37 ist innerhalb des Brenngehäuses 9 angeordnet. Der Zündbrenner 37 ist insbesondere innerhalb des Brennergehäuses 9 veränderlich anordenbar, insbesondere stufenlos oder mittels einer Befestigungsvorrichtung, die mehrere diskrete Befestigungspositionen vorgibt. Die veränderliche Anordenbarkeit des Zündbrenners 37 ist insbesondere bezogen auf eine Richtung parallel und/oder radial und/oder in Umfangsrichtung bezogen auf die Brenner-Längsachse 8. Der Zündbrenner 37 ist insbesondere an einer Innenseite des Brennergehäuses 9 befestigt. Der Zündbrenner 37 dient zum Zünden einer Brennerflamme.
Der Brenner 7 erzeugt im Betrieb eine Brennerflamme, die sich ausgehend von dem Brenner 7 in den Innenraum der Trockentrommel 3 erstreckt. Mittels des Brenners 7 wird die Wärme entlang einer Wärmezuführrichtung 15 zugeführt, die der Materialförderrichtung 4 gemäß Fig. 1 entgegengesetzt orientiert ist. Die in Fig. 2 dargestellte Trockentrommel 3 wird im Gegenstromverfahren betrieben. Es versteht sich, dass eine Ausführung der Trockentrommel 3 möglich ist, bei der die Materialförderrichtung 4 und die Wärmezuführrichtung 15 gleichgerichtet orientiert sind, die Trockentrommel 3 also im Gleichstromverfahren betrieben wird. Eine derartige Trockentrommel wird als Paralleltrommel bezeichnet.
Konzentrisch zur Brenner-Längsachse 8 ist ein Verwirbelungselement 16 angeordnet. Das Verwirbelungselement 16 dient zum Verwirbeln der mittels der Luftzuführung 10 zugeführten Luft, insbesondere der angesaugten Umgebungsluft 10a, insbesondere in tangentialer Richtung bezogen auf die Brenner-Längsachse 8. Das Verwirbelungselement 16 kann als Stauscheibe ausgeführt sein und insbesondere ein Leitrad aufweisen. Das Verwirbelungselement 16 ist insbesondere derart ausgeführt, dass die angesaugte Umgebungsluft 10a mit dem zugeführten Brennstoff, insbesondere Festbrennstoff, und/oder möglichem Sekundärbrennstoff und/oder Stützbrennstoff so vermischt wird, dass die Zündeigenschaften und/oder Brenneigenschaften des Gemischs verbessert und insbesondere optimiert sind. Die Zündeigenschaften und/oder Brenneigenschaften sind verbessert, wenn das Gemisch eine hohe Homogenität aufweist. Das Gemisch weist insbesondere dann eine hohe Homogenität auf, wenn eine gleichmäßige und insbesondere eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs in dem Gemisch erfolgt. Eine vollständige Verbrennung kann also insbesondere dadurch kontrolliert werden, dass in dem die Trockentrommel 3 verlassenden Abgasstrom keine Brennstoffanteile mehr enthalten sind. Während des Betriebs der Trockentrommel 3 kann es erforderlich sein, dass die Trockentrommel 3 in verschiedenen Betriebspunkten betrieben wird, wobei die verschiedenen Betriebspunkte mittels einer Anlagensteuerung gezielt angefahren werden können.
In einer Ebene senkrecht zur Drehachse 2 weist die Stirnwand 5 eine Öffnung 38 auf, die im Wesentlichen schlüssellochförmig ausgeführt ist.
Die Öffnung 38 weist einen oberen Kreisabschnitt auf, in dem der Brennerkopf 17 angeordnet ist. Ein Innendurchmesser des Kreisabschnitts ist größer als ein Außendurchmesser des Brennerkopfes 17, sodass zwischen der Öffnung 38 und dem Brennerkopf 17 ein umlaufender Ringspalt 39 resultiert. Der Brennerkopf 17 und die Öffnung 38 sind insbesondere konzentrisch zueinander angeordnet und insbesondere jeweils konzentrisch bezüglich der Drehachse 2 orientiert.
In einem unteren Bereich geht der Kreisabschnitt der Öffnung 38 in eine U-förmige Ausformung über. Durch die U-förmige Ausformung ist die Brennstoffzuführleitung 13a in die Trockentrommel 3 geführt. Die U-förmige Ausformung ist mit einem umlaufenden Spalt bezüglich der Brennstoffzuführleitung 13a ausgeführt. Entsprechend resultiert ein entlang der Innenkontur der Öffnung 38 umlaufender Ringspalt 39, insbesondere auch entlang der U-förmigen Ausformung.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 9 der Verteilring 14 näher erläutert.
Der Verteilring 14 ist an einem Brennerkopf 17 angeordnet und zumindest abschnittsweise darin integriert. Der Brennerkopf 17 ist hülsenförmig ausgeführt und weist entlang der Brenner-Längsachse 8 zwei hintereinander angeordnete Zylinderabschnitte 18, 19 auf, die mittels eines Konus-Abschnitts 20 miteinander verbunden sind. Der Brennerkopf 17 ist in dem Brenner 7 derart angeordnet, dass der erste Zylinderabschnitt 18 der Luftzuführung 10 zugewandt und der zweite Zylinderabschnitt 19 der Trockentrommel 3 zugewandt angeordnet ist. Der erste Zylinderabschnitt 18 weist einen ersten Innendurchmesser D_i,1 auf. Der zweite Zylinderabschnitt 19 weist einen zweiten Innendurchmesser D_i,2 auf, der größer ist als der erste Innendurchmesser D_i,1. Insbesondere gilt: 1,0 · D_i,1 < D_i,2 < 2,0 · D_i,1, insbesondere 1,05 · D_i,1 < D_i,2 < 1,5 · D_i,1, insbesondere 1,1 · D_i,1 < D_i,2 < 1,3 · D_i,1.
Der Verteilring 14 dient zur verteilten Zuführung des Brennstoffs, also von Brennstoffpartikeln, insbesondere von Feststoffpartikeln, in den Brenner 7, insbesondere in den Brennerkopf 17 und insbesondere in den zweiten Zylinderabschnitt 19.
Der Verteilring 14 weist einen Hohlkörper 21 auf, der bezüglich einer Längsachse 22 des Verteilrings 14 ringförmig ausgeführt ist. Der Verteilring 14 ist konzentrisch an dem Brennerkopf 17 und damit konzentrisch im Brenner 7 angeordnet. Das bedeutet, dass die Längsachse 22 und die Brenner-Längsachse 8 zusammenfallen.
An den Hohlkörper 21 ist ein Zuführstutzen 23 angeschlossen. Insbesondere ist der Zuführstutzen 23 einteilig an dem Hohlkörper 21 angeformt. Der Zuführstutzen 23 ist insbesondere unmittelbar mit der Brennstoffzuführleitung 13 verbunden und insbesondere daran angeschlossen.
Der Zuführstutzen 23 ist exzentrisch zur Längsachse 22 angeordnet. Der Zuführstutzen 23 erstreckt sich von dem Hohlkörper 21 weg entlang einer radialen Richtung bezogen auf die Längsachse 22. Im Bereich einer Mündungsstelle 24 des Zuführstutzens 23 in den Hohlkörper 21 weist der Zuführstutzen 23 eine Krümmung auf. In Folge der Krümmung wird eine dem Hohlkörper 21 zugeführte Fluidströmung, insbesondere ein Brennstoffpartikel-Luft-Gemisch, umgelenkt. Das Brennstoff-Luft-Gemisch strömt zunächst in dem Zuführstutzen 23 entlang der Radialrichtung R und wird dann in Folge der Krümmung zu der Mündungsstelle 24 hin in Tangentialrichtung T umgelenkt und in den Hohlkörper 21 zugeführt.
Der Hohlkörper 21 gibt eine im Wesentlichen kreisförmige Strömungsrichtung für die Brennstoffpartikel um die Längsachse 22 vor.
Der Hohlkörper 21 weist mehrere Abgabestutzen 25 auf, über die der Brennstoff an den Brenner 7 und insbesondere in den Brennerkopf 17 abgegeben wird. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Hohlkörper 21 sechszehn Abgabestutzen 25 auf, die in Umfangsrichtung um die Längsachse 22 gleichmäßig beanstandet zueinander an dem Verteilring 14 angeordnet sind. Es versteht sich, dass mehr oder weniger als sechszehn Abgabestutzen 25 vorhanden und/oder mit unterschiedlichen Abständen in Umfangsrichtung zueinander angeordnet sein können. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abgabestutzen 25 alle auf einer gemeinsamen Kreislinie um die Längsachse 22, also mit jeweils identischem Radialabstand bezüglich der Längsachse 22, angeordnet. Es ist auch möglich, dass einzelne Abgabestutzen 25 mit unterschiedlichen Radialabständen zur Längsachse 22 angeordnet sind.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Abgabestutzen 25 identisch ausgeführt. Es ist auch möglich, dass einzelne oder alle Abgabestutzen 25 unterschiedlich ausgeführt sind, insbesondere bezüglich ihrer Geometrie.
Die Abgabestutzen 25 sind jeweils in Radialrichtung bezogen auf die Längsachse 22 außenliegend an dem Hohlkörper 21 angeordnet. Diese radial außenliegende Anordnung ergibt sich insbesondere aus den Darstellungen in Fig. 3 und 5.
Der Hohlkörper 21 weist eine polygonale Innenkontur auf. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Innenkontur viereckig. Die Innenkontur weist eine bezogen auf die Radialrichtung der Längsachse 22 außenliegende Außenkante 26 und eine innenliegende Innenkante 27 auf, die über zwei in Axialrichtung zueinander beabstandete Axialkanten 28 und 29 miteinander verbunden sind. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Axialkante 29, die im Bereich des Konusabschnitts 20 angeordnet ist und insbesondere durch den zweiten Konusabschnitt 20 vorgegeben ist, gegenüber einer Normalebene der Längsachse 22 geneigt angeordnet. Die erste Axialkante 28, die insbesondere im Bereich des ersten Zylinderabschnitts 18 angeordnet ist, ist insbesondere parallel zu einer Normalebene der Längsachse 22 orientiert.
Es ist aber auch denkbar, dass die beiden Axialkanten 28, 29 parallel zueinander orientiert sind.
Der Abgabestutzen 25 ist über eine Durchgangsöffnung 30 im Konusabschnitt 20 unmittelbar mit dem Hohlkörper 21 verbunden. Die Durchgangsöffnung 30 ist derart am Hohlkörper 21 angeordnet, dass sie in Radialrichtung außenliegend angeordnet ist.
Die Abgabestutzen 25 sind jeweils hohlzylindrisch ausgeführt und weisen eine Stutzen-Längsachse 31 auf, die jeweils mit einem Neigungswinkel n gegenüber der Längsachse 22 geneigt angeordnet sind. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Neigungswinkel n etwa 40°. Es versteht sich, dass der Neigungswinkel n, insbesondere in Abhängigkeit der Position des jeweiligen Abgabestutzens 25 und insbesondere in Abhängigkeit der Anzahl der Abgabestutzen 25 variieren kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Neigungswinkel n auch in Abhängigkeit des verwendeten Brennstoffs, insbesondere des verwendeten Festbrennstoffs, und insbesondere in Abhängigkeit einer Kombination verschiedener Brennstoffe, variieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Neigungswinkel n für jeden Abgabestutzen 25 identisch ist und sich die Stutzen-Längsachsen 31 in einem Punkt P schneiden, der auf der Längsachse 22 liegt.
Insbesondere ist jeweils eine Stutzen-Längsachse 31 mit der Längsachse 22 in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet. Wenn, wie bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, geradzahlig viele Abgabestutzen 25 vorgesehen und jeweils zwei Abgabestutzen 25 bezüglich der Längsachse 22 diametral gegenüberliegend angeordnet sind, sind die Stutzen-Längsachsen 31 der gegenüberliegenden Abgabestutzen 25 zusammen mit der Längsachse 22 in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet.
Wie sich insbesondere aus Fig. 5 ergibt, ist an jedem Abgabestutzen 25 ein Düsen-Aufsatz 32 angeordnet und insbesondere jeweils auf den Abgabestutzen 25 aufgesetzt. Der Düsen-Aufsatz 32 ermöglicht insbesondere eine gezielte und gerichtete Brennstoffzuführung. Der Düsen-Aufsatz 32 weist einen Aufsteck-Abschnitt auf, dessen Innenkontur einer Außenkontur des Abgabestutzens 25 entspricht. Zusätzlich ist der Aufsteck-Abschnitt mit einer Axialschulter ausgeführt, die als Axialanschlag entlang der Stutzen-Längsachse 31 dient. Zur Befestigung, insbesondere in Axialrichtung bezogen auf die Stutzen-Längsachse 31, weist der Düsen-Aufsatz 32 eine Querbohrung auf, in die eine Halteschraube 33 eingeschraubt ist und zur Klemmung des Düsen-Aufsatzes 32 an dem Abgabestutzen 25 dient. Der Düsen-Aufsatz 32 ist optional und kann, insbesondere in Abhängigkeit der Eigenschaften des verwendeten Brennstoffs auch entfallen.
Der Düsen-Aufsatz 32 ist durch eine entsprechende Öffnung in einer Konusblende 34 im Brennerkopf 17 geführt. Zwischen der Außenseite des Düsen-Aufsatzes 32 und der Öffnung ist ein ringförmiger Luftspalt 32a gebildet. Durch den Luftspalt 32a kann Luft, insbesondere angesaugte Umgebungsluft 10a, aus dem Ringraum zwischen dem Konusabschnitt 20 und der Konusblende 34 zu der Brennerflamme strömen. Vorteilhaft ist, wenn der Luftspalt 32a in Abhängigkeit der Geometrie des Düsen-Aufsatzes 32 und/oder der Öffnung in der Konusblende 34 derart ausgeführt ist, dass die Flammgeometrie mittels der durch den Luftspalt 32a zuströmenden Luft ungestört ist. Die Konusblende 34 ist im Wesentlichen parallel zum Konusabschnitt 20 des Brennerkopfes 17 orientiert. Die Öffnung in der Konusblende 34 ist insbesondere derart ausgeführt, dass eine Zugänglichkeit der Halteschraube 33 vom Innenraum des Brennerkopfes 17 aus möglich ist.
Der Düsen-Aufsatz 32 dient insbesondere dazu, den Brennstoff, insbesondere den Festbrennstoff, durch die Konusblende 34 zu leiten. Wenn an dem Abgabestutzen 25 kein Düsen-Aufsatz 32 angeordnet ist, ist der resultierende Luftspalt 32a so gestaltet, dass die Flammgeometrie durch einströmende Luft, insbesondere angesaugte Umgebungsluft 10a, nicht nachhaltig gestört ist.
Der Verteilring 14 weist eine Axialerstreckung auf, die parallel zur Längsachse 22 orientiert ist. Die Axialerstreckung wird durch den Abstand der Axialkanten 28, 29 definiert. Wenn, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die Axialkanten 28, 29 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln zueinander orientiert sind, ergibt sich die Axialerstreckung als Mittelwert zwischen einer Maximal-Axialerstreckung und einer Minimal-Axialerstreckung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Maximal-Axialerstreckung an der Außenkante 26 und die Minimal-Axialerstreckung an der Innenkante 27 gegeben.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Axialerstreckung an der Mündungsstelle 24 maximal und nimmt in Förderrichtung des Brennstoffs, also von dem Zuführstutzen 23, insbesondere in Umfangsrichtung um die Längsachse 22, hin zu den Abgabestutzen 25 ab. Insbesondere nimmt die Axialerstreckung kontinuierlich entlang der Förderrichtung und insbesondere linear ab. Dadurch ist gewährleistet, dass der Brennstoff selbsttätig in axialer Richtung, also zu den Abgabestutzen 25 hin, gefördert wird. Die Abgabe des Brennstoffs aus dem Hohlkörper 21 über die Abgabestutzen 25 ist dadurch gleichmäßig verteilt und somit verbessert.
Die sich in Umfangsrichtung reduzierende Axialerstreckung a ergibt sich insbesondere aus der Draufsicht auf den Brennerkopf 17 in Fig. 6. Eine erste in Fig. 6 unten gekennzeichnete Axialerstreckung a₁ ist größer als eine in Fig. 6 oben gekennzeichnete zweite Axialerstreckung a₂. Der Grund hierfür ist, dass die rückwärtige Seitenwand 36, die die erste Axialkante 28 definiert, gegenüber einer Normalebene der Längsachse 22 geneigt angeordnet ist. Je größer die Neigung der Seitenwand 36 gegenüber der Normalebene ist, desto größer ist die Axialförderung der Brennstoffpartikel. Insbesondere ist die rückwärtige Seitenwand 36 schraubenlinienförmig ausgeführt.
Nachfolgend wird der Betrieb des Brenners 7 und insbesondere des Verteilrings 14 näher erläutert. Um der Trockentrommel 3 Wärme zuzuführen, wird der Brenner 7 betrieben. Dazu wird dem Brenner 7 über die Luftzuführung 10 insbesondere angesaugte Umgebungsluft 10a, und über die Primärbrennstoffzuführung 12a, 13a Brennstoff, insbesondere Festbrennstoffpartikel, zugeführt. Gegebenenfalls kann weiterer Brennstoff, insbesondere Sekundärbrennstoff und/oder Stützbrennstoff, aus der mindestens einen Sekundär-Brennstoffquelle 12, 12b über die mindestens eine Sekundär-Brennstoffzuführung 13, 13b zugeführt werden. Mittels des Verwirbelungselements 16 und des Verteilrings 14 wird im Brennerkopf 17 ein vorteilhaftes Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt, das mittels eines Zündbrenners 37 gezündet und eine Brennerflamme erzeugt wird.
Je nach Eigenschaft des Festbrennstoffs kann es erforderlich sein, dass der Zündbrenner 37 zunächst eine Stützflamme zündet, die aus einem Sekundärbrennstoff entsteht, bevor der Festbrennstoff, also der Primärbrennstoff, gezündet wird. Für das Zünden der Stützflamme strömt der Sekundärbrennstoff über die Sekundär-Brennstoffzuführleitungen 13, 13b in den Brenner 7.
Die Brennstoffpartikelzuführung über den Verteilring 14 erfolgt ausgehend von der Brennstoffquelle 12a über die Brennstoffzuführleitung 13a, die an den Zuführstutzen 23 angeschlossen ist. Von dort wird das Brennstoffpartikel-Luft-Gemisch ausgehend von einer Radialströmung R in eine Tangentialströmung T umgeleitet und in den Hohlkörper 21 zugeführt. Die entsprechenden Strömungspfeile 35 sind in Fig. 4 dargestellt. In dem Hohlkörper 21 strömen die Brennstoffpartikel im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Längsachse 22.
Diese Umfangsströmung wird überlagert über einen Axialströmungsanteil, also eine Strömungsrichtung entlang der Längsachse 22 zu den Abgabestutzen 25 hin. Dieser Axialströmungsanteil wird durch die sich kontinuierlich reduzierende Axialerstreckung des Hohlkörpers 21 verursacht.
In Folge der Zentrifugalkräfte, die auf die Strömungspartikel im Hohlkörper 21 wirken, werden die Brennstoffpartikel zu der Außenkante 26 in dem Hohlkörper 21 bewegt. Dadurch, dass die Abgabestutzen 25 im Bereich der Außenkante 26 des Hohlkörpers 21 angeordnet sind, können die Brennstoffpartikel, insbesondere selbsttätig und insbesondere rückstandsfrei, aus dem Hohlkörper 21 über die Abgabestutzen 25 in den Brennerkopf 17 zu der Brennerflamme hin abgegeben werden. Verblockungen oder Verstopfungen der Abgabestutzen 25 sind vermieden.

Claims

Verteilring für Brennstoff, der Brennstoffpartikel aufweist, in einem Brenner (7), wobei die Brennstoffpartikel mittels Druckluft in den Verteilring (14) zugeführt werden und wobei der Verteilring (14) umfasst
a. einen bezüglich einer Längsachse (22) ringförmig ausgeführten Hohlkörper (21),

b. einen an den Hohlkörper (21) angeschlossenen Zuführstutzen (23) zum Zuführen der Brennstoffpartikel in den Hohlkörper (21),

c. mehrere Abgabestutzen (25) zum Abgeben der Brennstoffpartikel aus dem Hohlkörper (21) an den Brenner (7), wobei die Abgabestutzen (25) jeweils in Radialrichtung der Längsachse (22) außenliegend an dem Hohlkörper (21) angeordnet sind.
Verteilring gemäß Anspruch 1, wobei der Hohlkörper (21) in einer die Längsachse (22) enthaltenden Schnittebene eine polygonale Innenkontur (26, 27, 28, 29) aufweist, wobei eine bezogen auf die Radialrichtung orientierte Außenkante (26) zumindest abschnittsweise und insbesondere vollständig parallel zur Längsachse (22) orientiert ist.
Verteilring gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abgabestutzen (25) in Umfangsrichtung bezogen auf die Längsachse (22), insbesondere gleichmäßig, beabstandet zueinander angeordnet sind.
Verteilring gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abgabestutzen (25) jeweils eine Stutzen-Längsachse (31) aufweisen, die gegenüber der Längsachse (22) mit einem Neigungswinkel (n) geneigt angeordnet ist, wobei insbesondere gilt: 0° < n < 90°, insbesondere 15° < n < 75° und insbesondere 30° < n < 60°.
Verteilring gemäß Anspruch 4, wobei sich die Stutzen-Längsachsen (31) mehrerer, insbesondere sämtlicher, Abgabestutzen (25) in einem Punkt (P) schneiden, der insbesondere auf der Längsachse (22) liegt.
Verteilring gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an den Abgabestutzen (25) jeweils ein Düsen-Aufsatz (32) lösbar montiert ist.
Verteilring gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hohlkörper (21) eine parallel zur Längsachse (22) orientierte Axialerstreckung (a) aufweist, die in Umfangsrichtung bezüglich der Längsachse (22) veränderlich ist.
Verteilring gemäß Anspruch 7, wobei die Axialerstreckung (a) an einer Mündungsstelle (24) des Zuführstutzens (23) in den Hohlkörper (21) maximal ist.
Verteilring gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Axialerstreckung (a) in Förderrichtung des Brennstoffs, insbesondere kontinuierlich und insbesondere linear, abnimmt.
Brenner mit einer Luftzuführung (10), einer Brennstoffzuführung (12a, 13a) und mit einem Verteilring (14) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verteilring (14) an die Brennstoffzuführung (12a, 13a) angeschlossen ist.
Trockentrommel mit einem Brenner (7) gemäß Anspruch 10.