WO2007101427A1 - Rundbrenner - Google Patents

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WO2007101427A1
WO2007101427A1 PCT/DE2007/000384 DE2007000384W WO2007101427A1 WO 2007101427 A1 WO2007101427 A1 WO 2007101427A1 DE 2007000384 W DE2007000384 W DE 2007000384W WO 2007101427 A1 WO2007101427 A1 WO 2007101427A1
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gas
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gas nozzle
cross
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PCT/DE2007/000384
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French (fr)
Inventor
Bernd Krohmer
Michael Weisenburger
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Alstom Technology Ltd.
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    • F23D2900/01001—Pulverised solid fuel burner with means for swirling the fuel-air mixture

Definitions

  • the invention relates to a round burner for the combustion of fossil fuels and a method for operating such a round burner.
  • Round burners are next jet burners, which are usually rectangular cross-sections, the most commonly used burners in combustion chambers of large power plants, where fossil fuels is burned. They are often also referred to as vortex or swirl burner, since usually the introduced oxidizing agent and / or the introduced fuel is twisted or swirled by means of swirling devices, in order to carry out the combustion more efficiently.
  • Such round burners which have become known for example from document “Development of low-emission dust combustion systems” from VGB power plant technology 76 (1996), Issue 5, usually have a core air tube (or Kem Kunststoffdüse) on the outside of a fuel pipe (or nozzle).
  • the secondary air tube may be surrounded by a tertiary air tube (or nozzle) on the outside, whereby all tubes or nozzles are aligned coaxially and thus each have circular ring cross sections
  • the medium named according to the name of the pipe or nozzle is introduced into the combustion chamber for combustion of the fossil fuel, eg secondary air is introduced through the secondary air nozzle Fuel is entered through the fuel nozzle along with its carrier medium, the primary air protrude.
  • the object of the invention is therefore to provide a round burner, which is able, if necessary, different fossil fuels, such as
  • the inventive solution is a round burner and a method for
  • one of the gas nozzles I, II or III or gas nozzles II.1 are formed in their entirety such that by their cross section in oxyfuel operation, the total amount of oxygen over this one cross section or in the case of the gas nozzle II.1 on their Entire cross-section is introduced, which is required for the combustion of the fuel introduced at the round burner.
  • the first nozzle and / or the fuel nozzle and / or the gas nozzle I and / or the gas nozzle II or gas nozzles 11.1 and / or gas nozzle III with a storage ring and / or to train with a deflector throat.
  • the first nozzle and / or the fuel nozzle and / or the gas nozzle 1 and / or the gas nozzle II or gas nozzles 11.1 and / or the gas nozzle III spin elements.
  • the combustion of the fossil fuel can be intensified and optimized. It is expedient to twist the swirl elements of the first nozzle and the fuel nozzle either in the same direction or in opposite directions to each other, i. to adjust the swirl elements such that either an equal or an opposing swirl arises at the gas and fuel stream passed through.
  • An expedient embodiment of the invention provides that the swirl elements can be adjusted during burner operation at the gas nozzle I and / or gas nozzle II or at the gas nozzles II.1 and / or gas nozzle III. This can be acted on at any time during the power plant operation on the firing.
  • An expedient embodiment of the invention provides that the width s of the annular gap of the fuel nozzle annular cross section is at least 20 mm. By this measure, the pressure loss caused by the fuel nozzle can be kept low and the geometries of the other nozzles of the round burner can be favorably influenced.
  • a further advantageous embodiment provides that the longitudinal axes of the gas nozzles II.1 are arranged parallel or inclined to the longitudinal axis of the first nozzle or to the round burner.
  • FIG. 1 shows schematically a longitudinal section through a round burner according to the invention
  • FIG. 4 schematically shows a cross section according to section B-B in FIG. 3, FIG.
  • FIG. 6 shows the assignment or connection of the respective round burner nozzle cross sections during operation as a function of the O 2 carrier volume flow and the gas velocity by means of a diagram.
  • FIG. 1 shows a round burner 1 according to the invention in longitudinal section, which is suitable for the combustion of various fossil fuels.
  • the round burner 1 is designed so that, depending on requirements, for example, powdered dry lignite or powdered coal or oil or gas (for the use of the round burner according to the invention for the combustion of oil or gas is still an oil or gas lance, not shown, for introducing the fuel , the Centric in the round burner is arranged) can be burned either by means of air or by means of O 2 , which is introduced by an O 2 carrier.
  • the O 2 carrier may have different O 2 volume proportions, the O 2 carrier is usually a recirculated from the rear flues of the power plant flue gas or Rezigas.
  • the round burner 1 according to the invention is not only suitable for the combustion of different fuels, but also for the use of different oxidants, ie it can be added in the conventional manner, air or O 2 , ie pure oxygen, in oxyfuel operation to thereby form high-purity CO 2 , which is separable and climate-depended landfillable.
  • the oxygen is, as already mentioned above, supplied as a mixture with, for example Rezigas, wherein the proportion of oxygen in the mixture may vary.
  • the used as O 2 carrier gas recirculated flue gas (Rezigas) is taken for example from the combustion chamber downstream flue gas path and fed to the round burner 1 at a temperature of 150 ° to 300 ° C. For this purpose, if necessary, it must be reheated by heat exchange with a hotter medium.
  • the Rezigas can have a low residual oxygen content.
  • the round burner 1 comprises a first nozzle 2 having a cross-section 10, which is surrounded or enveloped by a fuel nozzle 3 aligned coaxially with the first nozzle 2, and a circular ring cross-section 11 is formed between the first nozzle 2 and the fuel nozzle 3 is, whose annular gap in the radial direction has a width s.
  • the fuel nozzle 3 is surrounded or surrounded by the gas nozzle I 4, this of the gas nozzle Il 5 and the latter of the gas nozzle III 6.
  • the gas nozzles I, II and III 4, 5 and 6 are all aligned coaxially with the first nozzle 2, wherein within the gas nozzles I, II and III 4, 5 and 6, the circular ring sections 12, 13 and 14 are formed.
  • Figure 3 and 4 shows a further round burner 1 according to the invention.
  • this has no coaxial
  • eight gas nozzles II.1 5.1 whose longitudinal axes 16 are parallel to the longitudinal axis 15 of the first nozzle 2 and the round burner 1 and the gas nozzles II.1 5.1 within the circular ring cross section 12 of the gas nozzle I 4 are arranged.
  • the longitudinal axes 16 of the gas nozzles II.1 5.1 can also be inclined, ie aligned at an angle to the longitudinal axis 15 of the first nozzle 2 (not shown).
  • the gas nozzles 11.1 5.1 can either be directed towards the longitudinal axis 15 or away from it. Alternatively, and as shown in FIG. 5, the gas nozzles 11.1 5.1 can also be arranged inside the circular ring cross-section 14 of the gas nozzle III6.
  • the gas nozzles 11.1 5.1 have in total an overall cross section 13.1.
  • the centers of all gas nozzles II.1 5.1 lie advantageously on a pitch circle and are preferably equally spaced from each other.
  • the gas nozzle exit region 17 defines the region in which, seen over a respective cross section, all cross sections 10, 11, 12, 13 or 13.1, 14 of the nozzles 2, 3, A 1 5 and 5.1, 6 exist and the various partial gas streams and the fuel flow last in the respective nozzles 2, 3, A 1 5 and 5.1, 6 flow through before they exit into the combustion chamber.
  • the circular ring cross-section 1 1 of the fuel nozzle 3 is dependent on the carrier medium volume flow carrying the fuel and on the speed of the carrier medium within the fuel nozzle 3, which is generally 10 to 35 m / s.
  • the width s of the annular gap of the circular ring section 1 1 of the fuel nozzle 3 in the radial direction is advantageously formed with at least 20 mm.
  • FIG. 6 shows a diagram from which it can be seen by way of example which nozzle combinations are possible as a function of the O 2 carrier volume flow introduced by the round burner 1. 0 to about 20% of the O 2 carrier volume flow are introduced only by the cross section 13 or 13.1 of the gas nozzle Il 5 and the gas nozzles II.1 5.1. As the O 2 carrier volume flow increases, it is introduced through the gas nozzle I 4 instead of through the gas nozzle (s) Il 5 or II.1 5.1. If the O 2 carrier volume flow increases further, the cross section 13 or 13.1 of the gas nozzle (s) Il 5 or 11.1 5.1 is added to the gas nozzle I 4.
  • the round burner 1 For an oxyfuel operation of the round burner 1 may be formed such that one of the cross-sectional surfaces 12, 13 or 13.1 or 14 of the gas nozzles I, II or II.1 or III 4, 5 or 5.1 or 6 is suitable, the entire required Oxygen quantity through this introduce a cross-section, while the required amount of oxygen as a pure O 2 gas stream can be introduced.
  • at least one further gas nozzle I, II or 11.1, III 4, 5 or 5.1, 6 must be supplied with Rezigas.
  • the introduction to the burner 1 for example, look like the following: introduction of the fossil fuel through the fuel nozzle 3, introduction of O 2 through the gas nozzle Il 5 or gas nozzles II.1 5.1 and introduction of Rezigas, ie of recirculated flue gas through the first nozzle 2 and as a carrier gas through the fuel nozzle 3 and through the gas nozzles I and III 4, 6
  • the Rezigasströmen within the first nozzle 2, the fuel nozzle 3 and the gas nozzles I and III 4, 6 an oxygen flow component and the O 2 flow within the gas nozzle Il 5 and the gas nozzles II.1 5.1 a Rezigasstromanteil be allocated.
  • the exemplary data relate to 100% gas flow rate through the round burner 1, at lower flow rates, as described above, the throughput through individual gas nozzles omitted (see Figure
  • Staurese 7 and / or Abweiskhlen 8 These may each be attached to each of the nozzles 2, 3, 4, 5 or 5.1 and 6 respectively.
  • individual or all gas partial flows or the fuel flow can be twisted by swirl elements 9 arranged in the respective nozzle cross sections 10, 11, 12, 13 or 13.1 and 14, the gas flow in the first gas nozzle 2 and the fuel nozzle 3 (as carrier flow ) can be twisted in the same direction or in opposite directions to each other.
  • the swirl elements 9 on the gas nozzles I, II or II.1 or III 4, 5 or 5.1 or 6 can also be designed to be adjustable during burner operation in order to influence the firing during operation. The selection of said devices depends on the preferred operating conditions (eg full-load air operation or operation with a certain Gy component, etc.) and the associated combinations of the burner cross-sections of the round burner 1. Thus, the flame guidance can be favorably influenced in these operating cases.

Abstract

Rundbrenner zur Verbrennung fossiler Brennstoffe, der folgendes umfasst: eine erste Düse (2) zur Einleitung eines Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse (2) angeordnete und diese umhüllende und einen Kreisringquerschnitt (11) bildende Brennstoffdüse (3) zur Eindüsung von Brennstoff, eine koaxial zur ersten Düse (2) angeordnete und die Brennstoffdüse (3) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt (12) bildende Gasdüse I (4) zur Einleitung eines Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse (2) angeordnete und die Gasdüse I (4) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt (13) bildende Gasdüse II ( 5 ) zur Einleitung eines Luft- oder O2-stromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und die Gasdüse II ( 5 ) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt ( 14 ) bildende Gasdüse III ( 6 ) zur Einleitung eines Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, wobei im Gasdüsenaustrittsbereich (17) die Fläche des Kreisringquerschnittes (13) der Gasdüse Il ( 5 ) im Verhältnis von 1,2 bis 2,0: 1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes (12) der Gasdüse I (4) und die Fläche des Kreisringquerschnittes (14) der Gasdüse III ( 6 ) im Verhältnis von 0,2 bis 0,8: 1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes (12) der Gasdüse I (4) und die Fläche des Querschnittes (10) der ersten Düse (2) im Verhältnis von 0,01 bis 0,1:1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes (12) der Gasdüse I (4) steht.

Description

Rundbrenner
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rundbrenner zur Verbrennung fossiler Brennstoffe sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Rundbrenners.
Rundbrenner sind neben Strahlbrenner, die in der Regel rechteckige Querschnitte aufweisen, die am häufigsten eingesetzten Brenner in Brennkammern von großen Kraftwerksanlagen, in denen fossile Brennstoffe verfeuert wird. Sie werden oft auch als Wirbel- oder Drallbrenner beizeichnet, da in der Regel das eingebrachte Oxidationsmittel und/oder der eingebrachte Brennstoff mittels Dralleinrichtungen verdrallt bzw. verwirbelt wird bzw. werden, um damit die Verbrennung effizienter durchzuführen. Derartige Rundbrenner, die beispielsweise aus Druckschrift „Entwicklung von schadstoffarmen Staubfeuerungssystemen" aus VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996), Heft 5 bekannt geworden sind, weisen in der Regel ein Kernluftrohr (bzw. Kemluftdüse) auf, das außen von einem Brennstoffrohr (bzw. -düse) umgeben ist und dieses wiederum außen von einem Sekundärluftrohr (bzw. -düse) umgeben ist. Das Sekundärluftrohr kann außen noch von einem Tertiärluftrohr (bzw. -düse) umgeben sein, wobei sämtliche Rohre bzw. Düsen koaxial ausgerichtet sind und somit jeweils Kreisringquerschnitte zu den benachbarten Rohren bzw. Düsen bilden. Durch die jeweiligen Rohre bzw. Düsen wird das entsprechend der Bezeichnung des Rohres bzw. der Düse angeführte Medium in die Brennkammer zur Verbrennung des fossilen Brennstoffes eingetragen, z. B. durch die Sekundärluftdüse wird Sekundärluft eingebracht. Der Brennstoff wird zusammen mit seinem Trägermedium, der Primärluft, durch die Brennstoffdüse eingetragen.
Da bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen mittels Luft als Oxidationsmittel bekanntermaßen CO2 enthaltendes Rauchgas in die Atmosphäre emittiert wird und das CO2 als ein mutmaßlicher Hauptverursacher des klimaverändernden Treibhauseffekts immer stärker in die öffentliche Kritik gerät, hat man bereits den Oxyfuel-Prozess vorgeschlagen, bei dem zur Verbrennung anstelle von Luft reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel eingesetzt wird. Durch die Verwendung von aus der Luft gewonnenen reinen Sauerstoff bzw. O2 kann anstelle der Emission von Rauchgasen ein CO2-Strom von hoher Reinheit bereit gestellt werden, der abgeschieden und klimaunwirksam deponiert werden kann. Ein derartiger Oxyfuel-Prozess bzw. derartiges Oxyfuel- Verbrennungsverfahren ist beispielsweise durch Druckschrift DE 103 56 703 AI bekannt geworden.
Für den Kraftwerks- bzw. Brennerlieferanten und -betreiber ergibt sich aus vorgenanntem der Tatbestand, dass zum einen hinsichtlich der eingesetzten unterschiedlichen fossilen Brennstoffe unterschiedliche Rundbrennerquerschnitte infolge unterschiedlichen Oxidationsmittelbedarfes resultieren und zum anderen hinsichtlich des eingesetzten Oxidationsmittels, d.h. entweder Luft oder O2, wiederum unterschiedliche und abweichende Rundbrennerquerschnitte sowie in der Art des Gases abweichende Gasströme resultieren, z.B. anstelle eines Luftstromes im konventionellen Betrieb ein Rezigasstrom (rezirkuliertes Rauchgas) bei Oxyfuelbetrieb. Legt sich der Kraftwerk- bzw. Brennerlieferant bei der Auslegung eines Rundbrenners somit auf einen fossilen Brennstoff und ein Oxidations mittel fest, so bleibt dem Kraftwerks betreiber bei einem späteren Wechsel des Brennstoffes bzw. einem Wechsel von Luft auf reinen Sauerstoff als Oxidationsmittel nichts anderes übrig, als den bzw. die Rundbrenner (eine Brennkammer eines Kraftwerkes weist in der Regel eine Vielzahl solcher Rundbrenner auf) auf die neue Situation bzw. den neuen Brennstoff hin umzubauen. Ein derartig erforderlicher Umbau ist aus vielfältiger Sicht sehr nachteilig, da wegen des Umbaues das ganze Kraftwerk außer Betrieb genommen werden muss und in dieser Phase ein hoher Einnahmeausfall, beispielsweise durch Wegfall der Stromerzeugung, zu verzeichnen ist. Des weiteren werden erhebliche Material- und Montagekosten für die neuen Rundbrenner fällig.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Rundbrenner zu schaffen, der in der Lage ist, bei Bedarf unterschiedliche fossile Brennstoffe, wie beispielsweise
- Trockenbraunkohle mit Luft oder
- Trockenbraunkohle mit einem GyTräger, wobei unterschiedliche O2-Volumenanteile vorliegen können, oder
- Steinkohle mit Luft oder - Steinkohle mit einem O2-Träger, wobei unterschiedliche O2-Volumenanteile vorliegen können, oder
- Öl/Gas mit Luft oder
- Öl/Gas mit einem O2-Träger, wobei unterschiedliche OyVolumenanteile vorliegen können, zu verbrennen und dabei einen großen Regelbereich aufweist. An dem neu zu schaffenden Rundbrenner dürfen ferner die Austrittsgeschwindigkeiten der diversen Gasströme bzw. des Brennstoffstroms bestimme Geschwindigkeitsbereiche nicht über- bzw. unterschreiten, da sonst eine stabile Zündung des eingebrachten fossilen Brennstoffes nicht mehr gewährleistet ist bzw. die erforderlichen Gebläse für die diversen Gasströme unwirtschaftlich groß zu dimensionieren sind. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Rundbrenners anzugeben.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Rundbrenners durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 2 und hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben eines Rundbrenners durch die Merkmale des Patentanspruches 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein Rundbrenner sowie ein Verfahren zum
Betreiben eines Rundbrenners geschaffen, der bzw. das die nachfolgenden Vorteile aufweist:
Große Flexibilität bei der Menge des O2-Trägerstroms, somit
- Freiheitsgrade in der Wahl des Brennstoffs,
- Freiheitsgrade in der Wahl des O2-Gehalts des GyTrägerstroms, ggf. sogar in den einzelnen Querschnitten der verschiedenen Gasdüsen,
- Möglichkeit der Zugabe des zur Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs unmittelbar am Brenner,
- großer Regelbereich. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Gasdüsen I, Il oder III bzw. sind Gasdüsen II.1 in ihrer Gesamtheit derart ausgebildet, dass durch deren Querschnitt im Oxyfuelbetrieb die gesamte Sauerstoffmenge über diesen einen Querschnitt oder im Fall der Gasdüsen II.1 über deren Gesamtquerschnitt einleitbar ist, die zur Verbrennung des am Rundbrenner eingebrachten Brennstoffes erforderlich ist.
Um eine sichere und stabile Zündung des fossilen Brennstoffes zu erreichen ist es vorteilhaft, die erste Düse und/oder die Brennstoffdüse und/oder die Gasdüse I und/oder die Gasdüse Il bzw. Gasdüsen 11.1 und/oder Gasdüse III mit einem Stauring und/oder mit einer Abweiskehle auszubilden.
In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung weist die erste Düse und/oder die Brennstoffdüse und/oder die Gasdüse 1 und/oder die Gasdüse Il bzw. Gasdüsen 11.1 und/oder die Gasdüse III Drallelemente auf. Durch diese Maßnahme kann die Verbrennung des fossilen Brennstoffes intensiviert und optimiert werden. Dabei ist es zweckmäßig, die Drallelemente der ersten Düse und der Brennstoffdüse entweder gleichsinnig oder gegensinnig zueinander zu verdrallen, d.h. die Drallelemente derart zu justieren, dass an dem durchgeleiteten Gas- und Brennstoffstrom entweder ein gleich- oder ein gegensinniger Drall entsteht.
Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass an der Gasdüse I und/oder Gasdüse Il bzw. an den Gasdüsen II.1 und/oder Gasdüse III die Drallelemente während des Brennerbetriebes verstellbar sind. Dadurch kann jederzeit während des Kraftwerksbetriebes auf die Feuerung eingewirkt werden.
Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Breite s des Ringspaltes des Brennstoffdüsen-Kreisringquerschnittes wenigstens 20 mm beträgt. Durch diese Maßnahme kann der von der Brennstoffdüse verursachte Druckverlust gering gehalten werden und die Geometrien der weiteren Düsen des Rundbrenners können vorteilhaft beeinflusst werden. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht vor, die Längsachsen der Gasdüsen II.1 parallel oder geneigt zu der Längsachse der ersten Düse bzw. zum Rundbrenner angeordnet sind.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen und der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch dargestellt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rundbrenner,
Fig. 2 schematisch dargestellt einen Querschnitt gemäß Schnitt A-A in Figur 1 ,
Fig. 3 wie Figur 1 , jedoch alternative Ausführung,
Fig. 4 schematisch dargestellt einen Querschnitt gemäß Schnitt B-B in Figur 3,
Fig. 5 wie Figur 4, jedoch alternative Ausführung,
Fig. 6 die Zuordnung bzw. Zuschaltung der jeweiligen Rundbrenner-Düsenquerschnitte im Betrieb in Abhängigkeit des O2-Trägervolumenstromes und der Gasgeschwindigkeit mittels eines Diagramms.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rundbrenner 1 im Längsschnitt, der für die Verbrennung von verschiedenen fossilen Brennstoffen geeignet ist. Der Rundbrenner 1 ist dabei so konzipiert, dass je nach Bedarf beispielsweise pulverförmige Trockenbraunkohle oder pulverförmige Steinkohle oder Ol oder Gas (für die Benutzung des erfindungsgemäßen Rundbrenners zur Verbrennung von Öl oder Gas ist noch eine nicht dargestellte Öl- bzw. Gaslanze zur Einbringung des Brennstoffes vonnöten, die zentrisch im Rundbrenner angeordnet ist) entweder mittels Luft oder mittels O2, das durch einen O2-Träger eingebracht wird, verbrannt werden kann. Der O2-Träger kann dabei unterschiedliche O2-Volumenanteile aufweisen, wobei der O2-Träger in der Regel ein aus den hinteren Rauchgaszügen des Kraftwerkes rezirkuliertes Rauchgas bzw. Rezigas ist. Damit ist der erfindungsgemäße Rundbrenner 1 nicht nur für die Verbrennung unterschiedlicher Brennstoffe geeignet, sondern auch für den Einsatz unterschiedlicher Oxidationsmittel, d.h. es kann in konventioneller Weise Luft oder O2, d.h. reiner Sauerstoff, im Oxyfuelbetrieb zugegeben werden, um dabei hochreines CO2 zu bilden, das abscheidbar und klimaunabhängig deponiefähig ist. Der Sauerstoff wird, wie oben bereits angeführt, als Gemisch mit beispielsweise Rezigas zugeführt, wobei der Anteil des Sauerstoffes im Gemisch variieren kann.
Das als O2-Trägergas benutzte rezirkulierte Rauchgas (Rezigas) wird beispielsweise aus dem der Brennkammer nachgeschalteten Rauchgasweg entnommen und mit einer Temperatur von 150° bis 300° C dem Rundbrenner 1 zugeführt. Für diesen Zweck muss es gegebenenfalls durch Wärmeaustausch mit einem heißeren Medium wieder aufgeheizt werden. Das Rezigas kann einen geringen Restsauerstoffgehalt aufweisen.
Gemäß der Figuren 1 und 2 umfasst der erfindungsgemäße Rundbrenner 1 eine einen Querschnitt 10 aufweisende erste Düse 2, die von einer koaxial zur ersten Düse 2 ausgerichteten Brennstoffdüse 3 umgeben bzw. umhüllt wird und dabei zwischen erster Düse 2 und Brennstoffdüse 3 ein Kreisringquerschnitt 1 1 gebildet wird, dessen Ringspalt in radialer Richtung eine Breite s aufweist. Die Brennstoffdüse 3 wird von der Gasdüse I 4, diese von der Gasdüse Il 5 und letztere von der Gasdüse III 6 umgeben bzw. umhüllt. Die Gasdüsen I, Il und III 4, 5 und 6 sind sämtlich koaxial zur ersten Düse 2 ausgerichtet, wobei innerhalb der Gasdüsen I, Il und III 4, 5 und 6 die Kreisringquerschnitte 12, 13 und 14 gebildet werden. Am gasströmungsseitig gesehen austrittseitigen Ende der Gasdüse III ό schließt sich die Brennerkehle 18 an, die den Übergang zur nicht dargestellten Brennkammer bildet.
Figur 3 und 4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Rundbrenner 1 auf. Im Gegensatz zu dem Rundbrenner gemäß der Figuren 1 und 2 weist dieser keine koaxial αusgerichtete und die Gαsdüse I 4 umhüllende Gαsdüse Il 5 auf, sondern beispielhaft acht Gasdüsen II.1 5.1 auf, deren Längsachsen 16 parallel zu der Längsachse 15 der ersten Düse 2 bzw. des Rundbrenners 1 liegen und die Gasdüsen II.1 5.1 innerhalb des Kreisringquerschnittes 12 der Gasdüse I 4 angeordnet sind. Anstelle der parallelen Ausrichtung der Längsachsen 16 zur Längsachse 15 können die Längsachsen 16 der Gasdüsen II.1 5.1 auch geneigt, d.h. unter einem Winkel zur Längsachse 15 der ersten Düse 2 ausgerichtet sein (nicht dargestellt). Die Gasdüsen 11.1 5.1 können dabei entweder zur Längsachse 15 hin oder von dieser weg gerichtet sein. Alternativ dazu und wie in Figur 5 gezeigt können die Gasdüsen 11.1 5.1 auch innerhalb des Kreisringquerschnittes 14 der Gasdüse III 6 angeordnet sein. Die Gasdüsen 11.1 5.1 weisen in Summe einen Gesamtquerschnitt 13.1 auf. Die Mittelpunkte sämtlicher Gasdüsen II.1 5.1 liegen dabei vorteilhafterweise auf einem Teilkreis und sind dabei vorzugsweise untereinander gleich beabstandet.
Erfindungsgemäß stehen die Querschnitte 10, 12, 13 bzw. 13.1 und 14 der ersten Düse 2 sowie der Gasdüsen I, Il bzw. II.1 und III 4, 5 bzw. 5.1 und 6 im Gasdüsenaustrittsbereich 17 in bestimmten Relationen zueinander. Im einzelnen steht die Fläche des Kreisringquerschnittes 13 der Gasdüse Il 5 im Verhältnis von 1 ,2-2,0:1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes 12 der Gasdüse I 4 und die Fläche des Kreisringquerschnittes 14 der Gasdüse III 6 im Verhältnis von 0,2-0,8:1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes 12 der Gasdϋse I 4 sowie die Fläche des Querschnittes 10 der ersten Düse 2 im Verhältnis von 0,01-0,1 :1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes 12 der Gasdüse I 4. Anhand der unterschiedlichen Querschnittsflächen der Düsen 2, A1 5 bzw. 5.1 und 6 wird es ermöglicht, dass der Rundbrenner 1 hinsichtlich der Zuführung des für die Verbrennung erforderlichen Oxidationsmittels eine maximale Flexibilität erhält, d.h. durch die unterschiedlich großen Querschnittsflächen 10, 12, 13 bzw. 13.1 und 14 können durch geeignete Kombination der Düsen 2, 4, 5 bzw. 5.1 und 6 bzw. deren Querschnitte 10, 12, 13 bzw. 13.1 und 14 verschiedenste Querschnittsflächen für unterschiedliche Brennerbetriebsweisen angeboten werden. Sämtliche Querschnitte 10, 1 1 , 12, 13 bzw. 13.1 und 14 sind dabei so ausgelegt, dass die minimal erforderlichen bzw. maximal zulässigen Strömungsgeschwindigkeiten des durchgeleiteten Gases bzw. Brennstoffes innerhalb der jeweiligen Querschnitte eingehalten werden. Die Gαsgeschwindigkeiten in den Düsen 2, A1 5 bzw. 5.1 und 6 liegen dabei zwischen 15 und 80 m/s.
Der Gasdüsenaustrittsbereich 17 definiert den Bereich, in dem über einen jeweiligen Querschnitt gesehen sämtliche Querschnitte 10, 1 1 , 12, 13 bzw. 13.1 , 14 der Düsen 2, 3, A1 5 bzw. 5.1 , 6 existent sind und den die verschiedenen Gasteilströme sowie der Brennstoffstrom zuletzt in den jeweiligen Düsen 2, 3, A1 5 bzw. 5.1 , 6 durchströmen, bevor sie in die Brennkammer austreten.
Der Kreisringquerschnitt 1 1 der Brennstoffdüse 3 ist einerseits abhängig von dem den Brennstoff tragenden Trägermediumvolumenstrom und andererseits von der Geschwindigkeit des Trägermediums innerhalb der Brennstoffdüse 3, die in der Regel 10 bis 35 m/s beträgt. Damit zum einen die von der Brennstoffdüse 3 verursachten Druckverluste in einem üblichen Rahmen bzw. gering bleiben und zum anderen die Geometrien der übrigen Düsen 2, A1 5 bzw. 5.1 und 6, insbesondere die der ersten Düse 2 ebenfalls in einer realistischen und praktikablen Größe bleiben, ist die Breite s des Ringspaltes des Kreisringquerschnittes 1 1 der Brennstoffdüse 3 in radialer Richtung vorteilhaft mit wenigstens 20 mm ausgebildet.
Figur 6 weist ein Diagramm auf, aus dem beispielhaft ersichtlich ist, welche Düsenkombinationen in Abhängigkeit des vom Rundbrenner 1 eingebrachten O2- Trägervolumenstromes möglich sind. 0 bis ca. 20% des O2-Trägervolumenstromes werden nur durch den Querschnitt 13 bzw. 13.1 der Gasdüse Il 5 bzw. der Gasdüsen II.1 5.1 eingebracht. Bei steigendem O2-Trägervolumenstrom wird dieser anstatt durch die Gasdüse(n) Il 5 bzw. II.1 5.1 durch die Gasdüse I 4 eingetragen. Erhöht sich der O2- Trägervolumenstrom weiter, so wird zur Gasdüse I 4 der Querschnitt 13 bzw. 13.1 der Gasdüse(n) Il 5 bzw. 11.1 5.1 hinzugenommen. Bei weiter ansteigendem O2- Trägervolumenstrom wird auf die Querschnitte 13 bzw. 13.1 und 14 der Gasdüsen Il 5 bzw. II.1 5.1 und III 6, anschließend auf die Querschnitte 12 und 14 der Gasdüsen I 4 und III 6 und zu guter Letzt auf sämtlich verfügbare Querschnitte 12, 13 bzw. 13.1 und 14 der Gasdüsen I, Il bzw. II.1 und III A1 5 bzw. 5.1 und 6 zum Eintrag der jeweiligen Gasströme übergegangen. Mit letzterer Kombination kann der maximale O2- Trägervolumenstrom durch den Rundbrenner 1 eingebracht werden. In den Fällen, in denen eine oder zwei der Gasdüsen keinen Durchsatz eines O2-Trägervolumenstromes aufweist, kann diese Gasdüse bzw. können diese Gasdüsen mit einer zu Kühlzwecken geringen Gasmenge beaufschlagt werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die äußere Gasdüse III 6 keinen O2-Trägervolumenstromdurchsatz aufweist.
Für einen Oxyfuel betrieb kann der Rundbrenner 1 derart ausgebildet sein, dass eine der Querschnittsflächen 12, 13 bzw. 13.1 oder 14 der Gasdüsen I, Il bzw. II.1 oder III 4, 5 bzw. 5.1 oder 6 geeignet ist, die gesamte erforderliche Sauerstoff menge durch diesen einen Querschnitt einzubringen, wobei dabei die erforderliche Sauerstoffmenge als reiner O2-Gasstrom einleitbar ist. Zur Verringerung von Spitzentemperaturen in der Brennkammer muss dazu mindestens eine weitere Gasdüse I, Il bzw. 11.1 , III 4, 5 bzw. 5.1 , 6 mit Rezigas beaufschlagt werden.
Bei der Nutzung des erfindungsgemäßen Rundbrenners 1 zur Verbrennung eines fossilen Brennstoffes, beispielsweise von Trockenbraunkohle, Steinkohle, Öl oder Gas im Oxyfuelbetrieb, d.h. das Oxidationsmittel zur Verbrennung ist reiner Sauerstoff, kann die Einbringung am Brenner 1 beispielsweise folgendermaßen aussehen: Einbringung des fossilen Brennstoffes durch Brennstoffdüse 3, Einbringung von O2 durch die Gasdüse Il 5 bzw. Gasdüsen II.1 5.1 und Einbringung von Rezigas, d.h. von rezirkυliertem Rauchgas durch die erste Düse 2 sowie als Trägergas durch die Brennstoffdüse 3 und durch die Gasdüsen I und III 4, 6. Alternativ können den Rezigasströmen innerhalb der ersten Düse 2, der Brennstoffdüse 3 sowie den Gasdüsen I und III 4, 6 ein Sauerstoffstromanteil sowie dem O2-Strom innerhalb der Gasdüse Il 5 bzw. den Gasdüsen II.1 5.1 ein Rezigasstromanteil zugeteilt werden. Die beispielhaften Angaben beziehen sich auf 100% Gasvolumenstrom-Durchsatz durch den Rundbrenner 1 , bei geringeren Durchsätzen kann, wie oben geschildert, der Durchsatz durch einzelne Gasdüsen wegfallen (siehe Figur 6). Bei Bedarf kann jedoch eine geringe Kühlgasmenge durchgeleitet werden.
Im konventionellen Betrieb des Rundbrenners 1 , d.h. bei Verbrennung von fossilen Brennstoffen mit Luft als Oxidationsmittel kann beispielsweise bei 100% Gαsvolumenstrom-Durchsαtz, d.h. bei VoI I last- Betrieb der Feuerung, Luft durch sämtliche Düsen 2, 3, 4, 5 bzw. 5.1 und 6 eingebracht werden. In der Brennstoffdüse 3 dient die Luft dann als Trägermedium für den Brennstoff. Alternativ kann der Luft auch in den jeweiligen Düsen 2, 4, 5 bzw. 5.1 und 6 rezirkuliertes Rauchgas (Rezigas) zugegeben werden. Bei geringeren Gasvolumenstrom-Durchsätzen, d.h. bei Teillast- Betrieb der Feuerung, können, wie oben schon erwähnt, einzelne Gasdüsen durch Klappen abgesperrt werden und der Durchsatz somit bis auf einen sehr geringen Kühlmediumdurchsatz quasi auf Null geregelt bzw. eingestellt werden.
Um die Flamme am Rundbrenner 1 zu stabilisieren bzw. sie zu führen können in bewährter Weise Stauringe 7 und/oder Abweiskehlen 8 eingesetzt werden. Diese können jeweils an jeder der Düsen 2, 3, 4, 5 bzw. 5.1 und 6 angebracht sein. Des weiteren können einzelne oder alle Gasteilströme bzw. der Brennstoffstrom durch in den jeweiligen Düsenquerschnitten 10, 1 1 , 12, 13 bzw. 13.1 und 14 angeordnete Drallelemente 9 verdrallt werden, wobei der Gasstrom in der ersten Gasdüse 2 und der Brennstoffdüse 3 (als Trägerstrom) entweder gleichsinnig oder gegensinnig zueinander verdrallt werden können. Die Drallelemente 9 an den Gasdüsen I, Il bzw. II.1 oder III 4, 5 bzw. 5.1 oder 6 können auch während des Brennerbetriebs verstellbar ausgebildet sein, um im Betrieb auf die Feuerung Einfluß zu nehmen. Die Auswahl der genannten Einrichtungen ist von den bevorzugten Betriebszuständen (z.B. Volllast-Luftbetrieb bzw. Betrieb bei bestimmtem GyAnteil etc.) und den damit verbundenen Kombinationen der Brennerquerschnitte des Rundbrenners 1 abhängig. So kann in diesen Betriebsfällen die Flammenführung günstig beeinflusst werden.
Bezugszeichenliste:
1 Rundbrenner
2 Erste Düse
3 Brennstoffdüse
4 Gαsdüse I
5 Gαsdüse Il
5.1 Gαsdüse II.1
6 Gαsdüse III
7 Stau ring
8 Abweiskehle
9 Drallelement
10 Querschnitt erste Düse
1 1 Kreisringquerschnitt Brennstoffdüse
12 Kreisringquerschnitt Gasdüse I
13 Kreisringquerschnitt Gasdüse Il
13.1 Summe der Querschnitte Gasdüse II.1
14 Kreisringquerschnitt Gasdüse III
15 Längsachse Rundbrenner bzw. der ersten Düse
16 Längsachse Gasdüse II.1
17 Gasdüsenaustritts bereich
18 Brennerkehle

Claims

Pαtentαnsprüche
1 . Rundbrenner zur Verbrennung fossiler Brennstoffe, der folgendes umfαsst: eine erste Düse ( 2 ) zur Einleitung eines Luft- oder Rezigαsstromes oder eines
Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und diese umhüllende und einen
Kreisringquerschnitt ( 1 1 ) bildende Brennstoffdüse ( 3 ) zur Eindüsung von
Brennstoff, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und die Brennstoffdüse ( 3 ) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt ( 12 ) bildende Gasdüse 1 ( 4 ) zur
Einleitung eines Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw.
Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und die Gasdüse 1 ( 4 ) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt ( 13 ) bildende Gasdüse Il ( 5 ) zur Einleitung eines
Luft- oder O2-stromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und die Gasdüse Il ( 5 ) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt ( 14 ) bildende Gasdüse III ( 6 ) zur Einleitung eines
Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und
Rezigas, wobei im Gasdüsenaustrittsbereich ( 1 7 ) die Fläche des Kreisringquerschnittes
( 13 ) der Gasdüse Il ( 5 ) im Verhältnis von 1 ,2 bis 2,0:1 zu der Fläche des
Kreisringquerschnittes ( 12 ) der Gasdüse 1 ( 4 ) und die Fläche des
Kreisringquerschnittes ( 14 ) der Gasdüse III ( 6 ) im Verhältnis von 0,2 bis 0,8: 1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes ( 12 ) der Gasdüse 1 ( 4 ) und die Fläche des
Querschnittes ( 10 ) der ersten Düse ( 2 ) im Verhältnis von 0,01 bis 0,1 :1 zu der
Fläche des Kreisringquerschnittes ( 12 ) der Gasdüse 1 ( 4 ) steht.
2. Rundbrenner zur Verbrennung fossiler Brennstoffe, der folgendes umfasst: eine erste Düse ( 2 ) zur Einleitung eines Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und diese umhüllende und einen
Kreisringquerschnitt ( 1 1 ) bildende Brennstoffdüse ( 3 ) zur Eindüsung von
Brennstoff, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und die Brennstoffdüse ( 3 ) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt ( 12 ) bildende Gasdüse 1 ( 4 ) zur
Einleitung eines Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw.
Luft und Rezigas, eine koaxial zur ersten Düse ( 2 ) angeordnete und die Gasdüse 1 ( 4 ) umhüllende und einen Kreisringquerschnitt ( 14 ) bildende Gasdüse III ( 6 ) zur Einleitung eines
Luft- oder Rezigasstromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und
Rezigas, mindestens drei Gasdüsen II.1 ( 5.1 ), die innerhalb des Kreisringquerschnittes ( 12,
14 ) der Gasdüse 1 ( 4 ) oder der Gasdüse 111 ( 6 ) zur Einleitung eines Luft- oder O2- stromes oder eines Gemischstromes aus O2 bzw. Luft und Rezigas, wobei im Gasdüsenaustrittsbereich ( 1 7 ) die Fläche der Querschnitte ( 13.1 ) sämtlicher Gasdüsen II.1 ( 5.1 ) im Verhältnis von 1 ,2 bis 2,0: 1 zu der Fläche des
Kreisringquerschnittes ( 12 ) der Gasdüse 1 ( 4 ) und die Fläche des
Kreisringquerschnittes ( 14 ) der Gasdüse III ( 6 ) abzüglich der
Gesamtquerschnittsfläche ( 13.1 ) der Gasdüsen II.1 ( 5.1 ) im Verhältnis von 0,2 bis 0,8: 1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes ( 12 ) der Gasdüse 1 ( 4 ) und die
Fläche des Querschnittes ( 10 ) der ersten Düse ( 2 ) im Verhältnis von 0,01 bis
0,1 :1 zu der Fläche des Kreisringquerschnittes ( 12 ) der Gasdüse 1 ( 4 ) steht.
3. Rundbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Gasdüsen I, Il oder III ( 4, 5, 6 ) bzw. die Gasdüsen II.1 ( 5.1 ) in ihrer Gesamtheit derart ausgebildet ist bzw. sind, dass durch deren Querschnitt ( 12, 13, 14 ) im Oxyfuel betrieb die gesamte zur Verbrennung des am Rundbrenner ( 1 ) eingebrachten Brennstoffes erforderliche Sauerstoffmenge über diesen einen Querschnitt ( 12, 13, 14 ) oder im Fall der Gasdüsen II.1 ( 5.1 ) über deren Gesamtquerschnitt ( 13.1 ) einleitbar ist.
4. Rundbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Düsen von der ersten Düse ( 2 ), der Brennstoffdüse ( 3 ), der Gasdüse 1 ( 4 ), der Gasdüse Il ( 5 ) oder der Gasdüse III ( 6 ) mit einem Stauring ( 7 ) ausgebildet ist.
5. Rundbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Düsen von der ersten Düse ( 2 ), der Brennstoffdüse ( 3 ), der Gasdüse 1 ( 4 ), der Gasdüse 11 ( 5 ) oder der Gasdüse 111 ( 6 ) mit einer Abweiskehle ( 8 ) ausgebildet ist.
6. Rundbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Düsen von der ersten Düse ( 2 ), der Brennstoffdüse ( 3 ), der Gasdüse 1 ( 4 ), der Gasdüse Il ( 5 ) oder der Gasdüse III ( 6 ) mit Drallelementen ( 9 ) ausgebildet ist.
7. Rundbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Drallelemente ( 9 ) der ersten Düse ( 2 ) und der Brennstoffdüse ( 3 ) gleichsinnig oder gegensinnig zueinander verdrallt sind.
8. Rundbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einer der Gasdüsen I, Il bzw. II.1 oder III ( 4, 5, 5.1 , 6 ) die Drallelemente ( 9 ) im Brennerbetrieb verstellbar ausgebildet sind.
9. Rundbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite ( s ) des Ringspaltes des Kreisringquerschnittes ( 1 1 ) der Brennstoffdüse ( 3 ) wenigstens 20 mm beträgt.
10. Rundbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen ( 16 ) der Gasdüsen 11.1 ( 5. 1 ) parallel oder geneigt zu der Längsachse ( 15 ) der ersten Düse ( 2 ) angeordnet sind.
1. Verfahren zum Betreiben eines Rundbrenners gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 oder 2.
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