WO2005085707A1

WO2005085707A1 - Drehofenbrenner

Info

Publication number: WO2005085707A1
Application number: PCT/EP2005/002099
Authority: WO
Inventors: Ernst Schröder; Karin Kluthe; Martin Depka; Alexander Knoch
Original assignee: Khd Humboldt Wedag Ag
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2005-09-15
Also published as: EP1725811B1; DE102004010063A1; DK1725811T3; EP1725811A1; ATE519073T1; BRPI0508293A

Abstract

Um einen Drehofenbrenner insbesondere für feinkörnigen Festbrennstoff zu schaffen mit einem Drallluftkanal (14) mit Drallerzeuger, der zwecks Änderung des Ausströmwinkels der Drallluft und Änderung der Flammenform auch in Reaktion auf unterschiedliche Brennstoffarten einfach und doch wirkungsvoll sogar während des Drehofenbetriebes steuerbar ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Drallluftkanal (14) um den Umfang verteilte Leitschaufeln (12, 13) verschwenkbar anzuordnen und mit Führungszapfen (18) zu versehen, die in Führungsnuten eines ringförmigen Steuerkörpers (21, 21a) eingreifen, wobei durch axiales Verschieben und/oder Verdrehen des Steuerkörpers der Ausströmwinkel der aus dem Drallluftkanal (14) ausströmenden Drallluft sowie die Flammenform des Drehofenbrenners während des Brennerbetriebes variierbar sind.

Description

Drehofenbrenner

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Kanal zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff durch eine Düsenmündung und mit einem konzentrisch dazu angeordneten Brennluftkanal, an dessen Ausmündung ein Drallerzeuger angeordnet ist, der um den Umfang verteilte Leitschaufeln aufweist.

Bei einer Zementklinkerproduktionslinie wird calciniertes Zementrohmehl in der Sinterzone eines Drehrohrofens zu Zementklinker ge- brannt. Zur Beheizung des Drehrohrofens ist in das Ofenauslaufende durch das stationäre Ofenauslaufgehäuse hindurch eine lange Brennerlanze eingeführt, an deren Ausmündung die in die Lanze eingeführten Brennstoffe unter Bildung einer Brennerflamme verbrennen. Dabei werden statt flüssigen und gasförmigen Brennstoffen immer häufiger Festbrennstoffe insbesondere Kohlenstaub, aber auch pneumatisch transportierbare Abfallbrennstoffe als Sekundärbrennstoffe eingesetzt.

Bei der Klinkermineralbildung im Drehrohrofen kommt es auf die rich- tige Temperatur und Länge der Brennerflamme an. Die Entwicklung geht dahin, infolge der hochgradigen Calcination des Zementrohmehls außerhalb des Drehrohrofens den Drehrohrofen selbst möglichst kurz zu bauen, so dass in Reaktion hierauf die Brennerflamme in der Regel möglichst kurz und heiß sein soll. Dies gilt für alle mögli- chen im Drehofenbrenner einsetzbaren Brennstoffe. Bekannte Drehofenbrenner sind meist als sogenannte Dreikanalbrenner ausgebildet (Publikation "KHD Symposium '90" Band 2 Seite 98 mit dem Aufsatz "Betriebserfahrungen mit dem KHD PYRO-JET- Brenner"), mit wenigstens drei zueinander konzentrischen Kanälen, das heißt durch den mittleren Brennerkanal strömt als Brennstoff der pneumatisch transportierte Kohlenstaub, der durch eine Ringspaltdüse austritt, wobei der ausströmende Kohlenstaub von radial innerer als auch von radial äußerer Primärluft als Brennluft umgeben ist. Die radial äußere Luft, auch Jetluft genannt, wird mittels einer Vielzahl im ringförmigen Jetluftkanal angeordneter einzelner Düsen in viele einzelne Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen unterteilt, die in ihrer Umgebung ein Unterdruckgebiet erzeugen, das heißt die vielen Hoch- geschwindigkeits-Primärluftstrahlen dienen als Treibstrahlen nach dem Injektorprinzip, durch welches die große Masse der den Drehofenbrenner umgebenden, praktisch ruhenden heißen Sekundärluft von z. B. etwa 1000° C nach innen in Richtung zum Kern der Brennerflamme eingesaugt wird, wo eine intensive Durchmischung der heißen Sekundärluft mit dem durch die Ringspaltdüse austreten- den Kohlenstaub stattfindet, der schnell und vollständig unter Ausbildung einer kurzen heißen Flamme verbrennen soll. Wichtig dabei ist allerdings auch die Mitwirkung der radial innerhalb der Kohlenstaubdüse aus der Brennermündung austretenden Brennluftströmung.

Der radial innerhalb des Kohlenstaubkanals liegende Primärluftkanal des bekannten Drehofenbrenners weist an seiner Ausmündung einen Drallerzeuger auf, so dass die dort austretende Primärluft eine Rotationskomponente erhält und auch Drallluft, Swirl-Luft oder auch Radialluft genannt wird. Dazu weist der Drallerzeuger spiralförmig ange- ordnete Luftausströmungskanäle auf, oder an der Ausmündung des Drallluftkanals des Drehofenbrenners sind um den Umfang verteilte flügelartige Leitschaufeln angeordnet, wie diese z. B. aus der EP-B- 0 421 903 bekannt sind. Alle diese bekannten Drallerzeuger sind nicht einstellbar, schon gar nicht während des Betriebes des Drehrohrofens, so dass auf unterschiedliche eingesetzte Brennstoffe sowie auf sich ändernde Flammenformen nicht durch Änderung der In- tensität und/oder insbesondere des Ausströmwinkels der Drallluft reagiert werden kann.

Aus dem Sonderdruck aus ZKG INTERNATIONAL 1993 Heft 12 Seite 779 bis 783 ist ein Drehofenbrenner bekannt, in dessen Drallluftkanal um den Umfang verteilte flexible metallische Luftschläuche mit Luftdüsen angeordnet sind, deren Luftausströmrichtung von axial bis radial eingestellt werden kann, indem die flexiblen Luftschläuche mit ihren Luftausströmdüsen auch schräg zur Brennerachse zur Erhöhung der Drallkomponente der Radialluft eingestellt werden können. Diese bekannte Dralleinstellvorrichtung eines Drehofenbrenners ist vergleichsweise aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehofenbrenner insbesondere für feinkörnigen Festbrennstoff zu schaffen mit einem Drallluftkanal mit Drallerzeuger, der zwecks Änderung des Ausströmwinkels der Drallluft und Änderung der Flammenform auch in Reaktion auf unterschiedliche Brennstoffarten einfach und doch wirkungsvoll sogar während des Drehofenbetriebes steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Drehofenbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner sind die Leitschaufeln des Drallerzeugers schräg zur Drallluftkanalachse angestellt, und die

Leitschaufeln sind jeweils an einer radialen Leitschaufelbegrenzungs- seite in einem Ringabschnitt des Drallluftkanals drehbar bzw. verschwenkbar gelagert. An ihrer jeweils gegenüberliegenden radialen Leitschaufelbegrenzungsseite weisen die Leitschaufeln jeweils einen vorspringenden Führungszapfen z. B. Kugelzapfen auf, wobei die Führungszapfen in jeweils eine Führungsnut eines im Drallluftka- nal angeordneten ringförmigen Steuerkörpers eingreifen. Durch axiales Verschieben und/oder Verdrehen des Steuerkörpers mit seinen über den Umfang verteilten Fuhrungsnuten sind die Leitschaufeln verschenkbar und der Ausströmwinkel der über den Drallerzeuger beeinflussten Drallluft sowie die Flammenform des erfindungsgemä- ßen Drehofenbrenners während des Brennerbetriebes variierbar. Unterschiedliche Arten, Feinheiten und Kornverteilungen der zum Brennerbetrieb eingesetzten Brennstoffe wie z. B. Kohlenstaub, Kunststoffgranulat, gemahlene Sekundärbrennstoffe usw. haben unterschiedliche Flammenformen sowie auch Flammentemperaturen zur Folge, so dass in Reaktion auf die sich ändernden Brennstoffeigenschaften bei Einsatz des erfindungsgemäßen Drehofenbrenners immer die jeweils gewünschte Brennerflamme eingestellt werden kann.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung sind die um den Um- fang des Drallerzeugers verteilten Leitschaufeln als einarmige Hebel ausgebildet, indem die Führungszapfen der Leitschaufeln jeweils mit Abstand von der Dreh- bzw. Schwenkachse der Leitschaufeln angeordnet sind. Entweder befinden sich die Dreh- bzw. Schwenkachsen der Leitschaufeln an ihrer radial außen gelegenen Seite und sie sind im radial außen liegenden Begrenzungsrohr des Drallluftkanals schwenkbar gelagert und die Führungszapfen sowie der mit Nuten versehene Steuerkörper liegen an der radial inneren Begrenzungsrohrseite des Drallluftkanals, oder umgekehrt. Jedenfalls wird bei einer Änderung der Position des Steuerkörpers mit seinen um den Um- fang verteilten Fuhrungsnuten auf die darin eingreifenden Führungszapfen wie bei einem Kurbeltrieb eine Stellkraft ausgeübt, welche das Verschwenken der Leitschaufeln und damit die Änderung des Aus- Strömwinkels der Drallluft des erfindungsgemäßen Drehofenbrenners zur Folge hat.

Zur Herbeiführung der Verschwenkung der Leitschaufeln am Draller- zeuger des erfindungsgemäßen Drehofenbrenners können die um den Umfang des Steuerkörpers verteilten Fuhrungsnuten etwa schraubenlinienförmig geformt sein. Dann wird der Steuerkörper axial verschoben, und auf diese Weise werden die Leitschaufeln verschwenkt. Oder die um den Umfang des Steuerkörpers verteilten Fuhrungsnuten sind etwa axial geradlinig verformt. Dann wird der Steuerkörper verdreht, und auf diese Weise werden die Leitschaufeln des Drallerzeugers verschwenkt. Es ist auch möglich, die um den Umfang des Steuerkörpers verteilten Fuhrungsnuten über den Umfang gesehen in Lage und Geometrie unterschiedlich zu formen, z. B. bei der schraubenlinienförmigen Lage mit untereinander unterschiedlichen Winkeln zur Brennerlängsachse. Auf diese Weise kann bei einer Betätigung des Steuerkörpers auch eine unterschiedliche bzw. unsymmetrische Winkelanstellung der Leitschaufeln bewirkt werden, beispielsweise an der Oberseite der Brennermündung ein anderer Ausströmwinkel der Drallluft eingestellt werden als an der Brennerunterseite, um auf diese Weise für besondere Durchmischungseffekte des in der Regel über eine kegelförmige Ringspaltdüse austretenden Festbrennstoffes wie z. B. Kohlenstaub zu sorgen.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 : den erfindungsgemäßen Drehofenbrenner als komplette Brennerlanze in Seitenansicht, Fig. 2: vergrößert herausgezeichnet die perspektivische Ansicht auf die Brennermündung,

Fig. 3: vergrößert herausgezeichnet aus Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer der an der Brennermündung im Drallluftkanal verschwenkbar angeordneten Leitschaufeln,

Fig. 4: den aus Fig. 2 vergrößert herausgezeichneten axial ver- schiebbaren Steuerkörper in perspektivischer Ansicht, und

Fig. 5: als Variante zu Fig. 4 perspektivisch herausgezeichnet einen um seine Achse verdrehbaren Steuerkörper zum Einstellen und Verstellen der Leitschaufeln im Drallluftkanal.

Fig. 1 zeigt die komplette Brennerlanze 7 mit Einführung von Kohlenstaub 8, der nach Austritt aus der Brennermündung 9 unter Aus- bildung einer Flamme im Drehrohrofen verbrennt.

Erläutert zunächst an der Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Drehofenbrenner ein Dreikanalbrenner mit einem ringförmig angeordneten Kanal 10 zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrenn- Stoff wie z. B. Kohlenstaub, der durch eine Ringspaltdüsenmündung mit geringem nach außen divergierenden Winkel ausströmt. Der Kohlenstaubkanal 10 ist konzentrisch sowohl von einem radial außen angeordneten Brennluftkanal als auch von einem radial innen gelegenen Brennluftkanal umgeben, wobei diese Brennluftströme die Primärluft für den Brenner bilden. Die radial äußere Primärluft, auch Jetluft genannt, tritt mit hoher Geschwindigkeit in Form von Düsenstrahlen aus einzelnen um den Umfang der Brennermündung verteilt angeordneten Brennerdüsen 11 aus. Die Jetluftstrahlen sind in der Lage, möglichst viel der den Drehofenbrenner im Drehrohrofen umgebenden heißen Sekundärluft von z. B. 1000° C in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzu- saugen.

Der konzentrisch innerhalb des Kohlenstaubkanals 10 angeordnete weitere Primärluftkanal ist an seiner Ausmündung mit einem Drallerzeuger mit um den Umfang verteilten schräg zur Luftanströmung richtbaren Leitschaufeln 12, 13 etc. ausgestattet, so dass dieser radial innen gelegene Primärluftkanal auch Drallluftkanal 14 genannt wird. Im Zentrum der Brennermündung kann noch wenigstens ein Zündbrenner angeordnet sein.

Erfindungsgemäß sind die Leitschaufeln 12, 13 etc. im Drallluftkanal 14 sogar während des Betriebes des Drehrohrofens verstellbar, indem die Leitschaufeln im Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 an ihren radial äußeren Seiten als Schwenkachse jeweils einen vorspringenden zylindrischen Gelenkzapfen 15 aufweisen, wobei die Ge- lenkzapfen in um den Umfang verteilten Bohrungen eines Halterings 16 gelagert sind, der mittels Befestigungselementen wie z. B. Schraubenbolzen 17 von der Brennermündung her an die Stirnseite des den Drallluftkanal 14 außen begrenzenden Rohres montierbar ist. Wie aus Fig. 3 weiter hervorgeht, weisen die Leitschaufeln 12, 13 etc. an ihrer dem Gelenkzapfen 15 gegenüberliegenden Seite jeweils einen vorspringenden Führungszapfen 18, z. B. Kugelzapfen auf, wobei die Führungszapfen 18 jeweils in eine Führungsnut 19, 20 etc. eingreifen, die um den Außenumfang eines ringförmigen Steuerkörpers 21 verteilt angeordnet sind. Dieser Steuerkörper 21 ist in Fig. 4 her- ausgezeichnet. Wie aus Fig. 3 noch deutlich hervorgeht, sind alle Leitschaufeln 12, 13 etc. des Drallerzeugers als einarmige Hebel ausgebildet, indem die Führungszapfen 18 mit Abstand von der Drehachse der Gelenkzapfen 15 der Leitschaufeln angeordnet sind. Wenn dann die um den Umfang des Steuerkörpers 21 verteilten Fuhrungsnuten 19, 20 etc., wie in Figuren 2 und 4 zu sehen, schraubenlinienförmig geformt sind und der Steuerkörper axial verschoben wird, so wird damit der Anstellwinkel aller Leitschaufeln 12, 13 etc. verändert, z. B. in einem Bereich von + 40° über 0° bis - 40°. Auf diese Weise wird über den Aus- Strömwinkel der über den Drallerzeuger beeinflussten Drallluft die Flammenform des Drehofenbrenners während des Brennerbetriebes eingestellt und je nach Situation z. B. auf sich ändernde Zusammensetzungen des Festbrennstoffes reagiert.

Die axiale Verschiebung des Steuerkörpers 21 kann, wie in Fig. 1 gezeigt, durch axiale Verschiebung des den Steuerkörper 21 tragenden Zentralrohres 22 erfolgen, das mit Hilfe eines Verschiebegestänges 23 mittels eines Spindelhubelements 24 feinfühlig axial verstellbar ist. Dabei wird die Abdichtung des Drallluftkanals 14 mittels eines Kom- pensators 25 zwischen dem axial verschiebbaren Zentralrohr 22 und dem feststehenden Rohranschluss sichergestellt. Der an den Leitschaufeln 12, 13 jeweils eingestellte Schwenkwinkel lässt sich durch Skalen am Verstelltrieb oder durch elektrische Signalrückmeldung erkennen.

Sind nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 die um den Umfang des Steuerkörpers 21 a verteilten Fuhrungsnuten 19a, 20a etwa axial geradlinig geformt, wird der Steuerkörper 21 a nicht axial verschoben, sondern um seine Längsachse verdreht, z. B. dadurch, dass in das Ritzel 26 des Steuerkörpers 21 a ein nicht dargestellter außerhalb des Drehrohrofens befindlicher Drehantrieb eingreift, um auf diese Weise die Leitschaufeln 12, 13 etc. des Drallerzeugers zu verstellen. Die Erfindung ist auch anwendbar zur Umrüstung bereits vorhandener Drehofenbrenner. Dazu müssen außer dem Anbau der Verstellmechanik am kalten Ende der Brennerlanze nur das Drallsystem und ggf. noch die Kohlenstaubringdüse ausgewechselt werden.

Claims

DrehofenbrennerA N S P R Ü C H E

1. Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Kanal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff durch eine Düsenmündung und mit einem konzentrisch dazu angeordneten Brennluftkanal (Drallluftkanal) (14), an dessen Aus- mündung ein Drallerzeuger angeordnet ist, der um den Umfang verteilte Leitschaufeln (12, 13) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) die Leitschaufeln (12, 13) des Drallerzeugers sind schräg zur Drallluftkanalachse angestellt und jeweils an einer radialen Leitschaufelbegrenzungsseite in einem Ringabschnitt (16) des Drallluftkanals (14) verschwenkbar gelagert (15); b) an ihrer jeweils gegenüberliegenden radialen Leitschaufelbegrenzungsseite weisen die Leitschaufeln (12, 13) jeweils einen vorspringenden Führungszapfen (18) auf, wobei die Führungszapfen (18) jeweils in eine Führungsnut (19, 20, 19a, 20a) eines ringförmigen Steuerkörpers (21 , 21 a) eingreifen; c) durch axiales Verschieben und/oder Verdrehen des Steuerkörpers (21 , 21 a) mit seinen über den Umfang verteilten Fuhrungsnuten sind der Ausströmwinkel der über den Drallerzeuger beeinflussten Drallluft sowie die Flammen- form des Drehofenbrenners während des Brennerbetriebes variierbar.

2. Brenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (12, 13) des Drallerzeugers als einarmige Hebel ausgebildet sind, indem deren Führungszapfen (18) mit Abstand von der Schwenkachse (15) der Leitschaufeln angeordnet sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die um den Umfang des Steuerkörpers (21 ) verteilten Fuhrungsnuten (19, 20) schraubenlinienförmig geformt sind und der Steuerkörper (21 ) axial verschiebbar ist.

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die um den Umfang des Steuerkörpers (21 a) verteilten Fuhrungsnuten (19a, 20a) etwa axial geradlinig geformt sind und der Steuerkörper (21 a) verdrehbar ist.

5. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (12, 13) als Schwenkachse jeweils einen vorspringenden zylindrischen Gelenkzapfen (15) aufweisen, die in um den Umfang verteilten Bohrungen eines Halterings (16) gelagert sind, der mittels Befestigungselemen- ten (17) von der Brennermündung her an die Stirnseite eines der den Drallluftkanal (14) begrenzenden Rohre montierbar ist.

6. Brenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am kalten Ende der Brennerlanze (7) ein Stelltrieb (24) zur Verstellung des den Steuerkörper (21 , 21 a) tragenden Zentralrohres (22) der Brennerlanze angeordnet ist.