WO2017008976A1 - Kohlenstaubbrenner mit elektrisch beheizter brennstoffdüse - Google Patents

Kohlenstaubbrenner mit elektrisch beheizter brennstoffdüse Download PDF

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WO2017008976A1
WO2017008976A1 PCT/EP2016/063583 EP2016063583W WO2017008976A1 WO 2017008976 A1 WO2017008976 A1 WO 2017008976A1 EP 2016063583 W EP2016063583 W EP 2016063583W WO 2017008976 A1 WO2017008976 A1 WO 2017008976A1
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WO
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fuel
burner
air tube
heating
primary air
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/063583
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alfons Leisse
Sebastian Rehfeldt
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh
Publication of WO2017008976A1 publication Critical patent/WO2017008976A1/de

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Classifications

    • 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
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/06—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner

Definitions

  • the invention is directed to a burner for the combustion of particulate, especially dusty, carbonaceous fuel, preferably coal or biomass, comprising a fuel mass flow leading fuel or primary air tube having a fuel nozzle formed at its burner orifice end and having a stabilizing ring with radially inwardly facing Teeth of a ring gear and the outside has a conically radially outwardly flared Mantel Kunststoff- or Sekundär Kunststoffabnnenskonus, and comprising a fuel or Primär Kunststoffrohr coaxially surrounding Mantel Kunststoff- or secondary air tube and preferably coaxially disposed within the fuel or primary air tube core air tube, the fuel nozzle having at least one electrical Heating or resistance wire having heating and / or ignition device forms within the burner for the formation and the sequence of the initial Pyrolysis and ignition of the fuel delivered in the fuel or primary air tube required amount of heat energy in the region of the forming B re nn-fuel provides.
  • Burners for the combustors of particulate, in particular pulverulent, fuel, such as coal or biomass and, in particular, pulverized coal, have been developed in the past as so-called "low NO x burners.” Such burners are distinguished by a particularly low NO x emission during the combustion of carbonaceous material
  • a burner is disclosed in EP 1 741 977 B1
  • the burner comprises a fuel or primary air tube which has at its burner mouth side end a fuel nozzle which is integrally formed and a ring gear having radially inwardly facing teeth and outside one
  • the fuel or primary air tube is coaxially surrounded by a shell air or secondary air tube which in turn is coaxially surrounded by a tertiary air tube
  • Off- or primary air tube is arranged coaxially to this equipped with an ignition lance core air tube.
  • the fuel nozzle acts it is a one-piece, for example by centrifugal casting, manufactured component, which called the mouth cross section of the fuel or primary air pipe, in the case of the combustion of coal dust and dust pipe.
  • the stabilizing ring has the function of detecting the fuel, in particular pulverized coal, conveyed in the fuel or primary air pipe, retarding its flow velocity and redirecting the fuel mass flow. As a result, the necessary conditions for the ignition of the fuel are created, which are necessary for the heat transfer to the fuel and the escape of volatile components.
  • an initial pyrolysis proceeds and burn first by the ignited with the pilot flame of the ignition lance, exiting the pyrolysis of the solid fuel volatiles.
  • the pyrolysis and ignition of the fuel particles directly to the fuel nozzle and here preferably in the region of the ring gear of the Stabilization ring causes.
  • the definition of the location and the time of ignition are of crucial importance, since only in this way the combustion conditions, in particular the stoichiometry, can be influenced.
  • An indefinite ignition of the fuel in the combustion chamber does not allow this, since only a limited influence on the fuel-air ratio can be made here.
  • Such burners are also known from DE 42 17 879 A1, DE 43 25 643 A1 and DE 195 27 083 A1.
  • particulate, carbonaceous; i ' ⁇ ennstoff-burn power plants add further requirements arising from the increased supply of regenerative electric energy into the power grid. Since the supply of electrical energy from renewable energy sources in the power grid is not uniform, but depends on the availability of sun or wind, resulting for conventional, fossil fueled power plants demand higher on the load flexibility.
  • particulate carbonaceous fuel such as coal or biomass steam generators of particular dusty fuel with the help of suitable, especially low-NOx burners of the type described above, together with the required amount of combustion air supplied to the furnace.
  • the burners or burner groups are assigned to a number of grinding plants or mills.
  • the respectively currently called steam generator power is changed by the change of the mill or burner power and by the connection and disconnection of individual grinding plants and their respective associated burners.
  • This means that the steam generator capacity is usually controlled by the number of burners or burner groups in operation. This means that with a frequent load change, a correspondingly frequent start-up of the burner takes place.
  • a burner or a burner group may not be started if the associated ignition is not in operation, unless adjacent burner levels are in operation and ensure reliable ignition.
  • the Zündfeuerung is usually from igniters 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 fuel oil » for an ignition of the burner burning fuel necessary ignition flame is generated.
  • gaseous or liquid auxiliary fuel such as natural gas or fuel oil » for an ignition of the burner burning fuel necessary ignition flame is generated.
  • igniters include flame monitoring.
  • WO 2015/055443 A1 discloses a generic burner in which the fuel nozzle is provided with a heating or resistance wire and is thereby formed as a heating and / or ignition device.
  • the heating or resistance wire is incorporated and embedded in the material of the fuel nozzle.
  • this embodiment is associated with manufacturing problems. Thus, it is extremely difficult to incorporate the heating or resistance wire in the fuel nozzle while still ensuring the full function, especially as a resistance wire with sufficient heat transfer.
  • the invention is therefore based on the object to provide an alternative or improved solution that allows the equipped with a Mantel Kunststoffär Kunststoffab Anlagenskonus and a stabilizing ring with sprocket fuel nozzle of a burner as an electric heating and / or ignition device for the ignition of the burner formulated fuel.
  • the fuel nozzle is formed in several parts and from an outer rohrformigen part whose outer surface at least a part of the Mantel Kunststoff- or secondary air tube surface facing the burner mouth side end of the fuel or primary air tube and an inner tubular member whose inner surface forms the inner surface of the burner mouth side end of the fuel or primary air tube into the region of the stabilizing ring, the outer tubular member forming the stabilizing ring with the ring gear having the radially inwardly facing teeth and the shell air or secondary air-rejection cone and a fuel or primary air pipe section, and the inner tubular part comprises a fuel or Primär Kunststoffrohrabrough and in its outer ro In the direction of the burner longitudinal direction extends over a region corresponding to the longitudinal extent of the Mantel Kunststoffmaschine Kunststoffmaschineab Anlagenskonus and a part of the adjoining fuel or Primär Kunststoffrohrabitess the outer tubular member and into which the at least one Heating or resistance wire is spirally wound
  • an electric heating or resistance wire is integrated into a suitable for the initial ignition of the burner, that is in the fuel or primary air pipe, funded fuel mass flow point into the fuel nozzle of a designed for low-NOx combustion burner, without while adversely affecting the operation of the fuel nozzle for continuous operation even after ignition of the fuel.
  • the heating or resistance wire is wound within the fuel nozzle on the outer surface of the inner rohrformigen part, in the groove-like recess, formed by the outer tubular member outer design of the fuel nozzle with its functions as part of the fuel or Primär Kunststoffmaschinekhle (Mantel Kunststoff- or Sekundär Kunststoffmaschinebschenskonus) and obtained as a stabilizing ring.
  • the heating or Resistance wire in or on the material of the inner tubular part of the fuel nozzle while maintaining the required for the low-NOx combustion outer and inner shape of the fuel nozzle, can be formed in an advantageous manner a total electrically heated fuel nozzle, the structurally simple and constructed by mechanical Machining the surface of the fuel nozzle is easy and inexpensive to produce. Since a fuel nozzle is usually exposed to a high thermal load from the furnace and abrasive wear by the fuel mass flow, this is usually made of a high-alloy steel. The fuel nozzle made of such a steel can be processed mechanically well on their surface with a technically and economically justifiable effort.
  • the prevailing in the fuel or primary air tube due to the fuel mass flow promoted therein abrasive wear conditions of the heating or resistance wire in the inventive design of the fuel nozzle is not exposed, since it is arranged in the formed within the fuel nozzle in the wall region groove-like recess.
  • the outer surface of the fuel nozzle in the region of the helical heating or resistance wire winding can be covered with a corresponding insulating material.
  • the heating or resistance wire is in the region of the most suitable location for the initial ignition, namely in the immediate vicinity of the stabilizing ring of the fuel nozzle, arranged so that the area formed in the fuel or primary air tube before the stabilizing 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.
  • the broad groove-shaped recess with at least substantially the diameter of the heating element wound therein. or resistance wire corresponding depth and thus to create a thereafter closed by the deferred outer tubular member cavity for receiving the heating or resistance wire winding, which is thus formed virtually in the wall region of the fuel nozzle circumferentially.
  • the heating or resistance wire winding is arranged protected within the fuel nozzle.
  • the groove-like recess advantageously allows one or more heating or resistance wires to be spirally wound to form one or more heating or resistance wire windings having a good heat-transferring connection to the material body of the inner tubular member while simultaneously providing good fixation capability on the jacket surface thereof.
  • the wide groove-like circumferential recess extends in the burner longitudinal direction over a region corresponding to the longitudinal extension of the shell air or Sekundär Kunststoffab Anlagenskonus and a part of the adjoining fuel or Primär Kunststoffmaschineb hurdles the outer tubular member.
  • the circumferential recess extends in the burner longitudinal direction to the ring gear of the stabilizing ring.
  • the heating extends in particular into the region of the toothed ring, which is usually arranged in the immediate region of the fuel ignition location.
  • the heating or resistance wire winding has a plurality of spirally wound heating or resistance wires.
  • a particularly good connection to the surrounding material can be achieved with respect to the heating or resistance wire or the heating or resistance wires in that the at least one heating or resistance wire or the plurality of heating or resistance wires by means of a molten brazing material is firmly bonded to the material of the inner and / or outer tubular member is / are what the invention further provides.
  • a particularly good fixation of the heating or resistance wires in the recess ensured and on the other hand equalization of the heat transfer surface allows insofar as areas where the respective heating or resistance wire is not applied directly to the base material or body material, by the first still molten brazing filled and thus a heat transfer bridge is created.
  • a heat-insulating material layer can be applied to the surfaces of the outer and / or inner tubular part facing the jacket air or secondary air tube.
  • the invention is therefore further characterized in that the heating or resistance wire winding and / or the heating or resistance winding receiving or covering areas of inner or outer tubular member is covered on its the Mantel Kunststoff- or secondary air tube facing surface with a planteisoliermaterial / are.
  • the invention provides in the outer surface of the outer tubular member formed through holes or openings.
  • the invention is therefore also characterized in that formed in the outer surface of the outer tubular part openings and filled with molten brazing material to form a cohesive connection with the outer and inner tubular part.
  • the invention is further characterized in that on the mantel Kunststoffär Kunststoffabitzskonus remote from the inside of the outer tubular part in the Mantel Kunststoff- or Secondary Lucasabitzskonus facing immediate foot region of the ring gear of the stabilizing ring is formed a circumferential Stabilmaschinesringnut.
  • the stabilizing ring groove is formed in the region of the ignition location which normally results for the initial ignition.
  • the depth of the stabilizing ring groove should have a minimum depth with respect to the width of the stabilizing ring.
  • the invention therefore also provides in a development that the depth of the stabilizing ring groove amounts to at least 5% of the width of the stabilizing ring or the ring gear.
  • the invention also provides that the circumferential recess in the burner longitudinal direction extends into the area of the circumferential stabilizing ring groove. This also ensures sufficient heat transfer to and sufficient heat transfer in the funded on the inside of the fuel or primary air tube fuel mass flow. In order to promote this specifically in the area of the stabilizing ring groove, in the conveying cross section formed and arranged the swirl elements corresponding to the fuel or primary air tube in the usual manner.
  • FIG. 2 shows in a schematic sectional view of the basic structure of a burner according to the invention, in a schematic perspective view of a two-piece fuel nozzle in the assembled state, in a schematic perspective view of the inner tubular part of the fuel nozzle of Fig. 2, in a schematic perspective view of the inner tubular part of the fuel nozzle of FIG .. 3 with an applied heating or resistance wire winding, in a schematic perspective view of the outer tubular part of the fuel nozzle of FIG. 2 and in
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a section of the
  • the burner designated overall by 1, comprises a fuel or primary air tube 3 arranged coaxially with the longitudinal axis 2 of the burner, at the end of which it has a burner nozzle end, a fuel nozzle 4 is formed.
  • the fuel nozzle 4 is formed in several parts from an inner tubular part 21 and an outer tubular part 22 with a heating or resistance wire winding 17 arranged between them.
  • the outer tubular member 22 comprises a stabilizing ring 5, which has a ring gear 6 with radially inwardly facing teeth 7 » and the outside of a conically radially outwardly flared Mantel Kunststoff- or Sekundär Kunststoffab Anlagenskonus 8 and his the fuel or primary air pipe 3 end facing a fuel or Primär Kunststoffmaschinebisme 9a.
  • the fuel or primary air tube 3 is coaxially surrounded by a shell air or secondary air tube 10, which in turn is coaxially surrounded by a tertiary air tube 1 1.
  • a Kem Kunststoffrohr 12 is arranged, 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.
  • a circular fuel feed section 13 is formed in the round burner shown here, in which a fuel mass flow of the fuel intended for combustion is conveyed to the mouth region of the fuel or primary air tube 3, ie the fuel nozzle 4.
  • the fuel delivered here is a particulate, in particular dusty, carbonaceous fuel, preferably coal or biomass, or mixtures of these fuels.
  • the fuel nozzle 4 according to the invention is in this case designed in several parts as it is composed of the inner tubular part 21 and the outer tubular part 22, which are pushed into one another and form the fuel nozzle 4 lying apart.
  • inner tubular member 21 is formed in the round burner shown here as the outer tubular member 22 cylindrical and has at its one end to a fuel or Primär Kunststoffrohrabrough 9b, with which the inner tubular member 21 after assembly of the fuel nozzle 4 attached to the fuel or primary air tube 3, in particular welded.
  • the inner surface 23 then forms the inner surface of the burner mouth side, reaching into the mouth and in the region of the stabilizing ring 5 end of the fuel or primary air tube 3 from.
  • this end portion of the inner tubular member 21 is formed as a fuel or Primär Kunststoffrohrabrough 9b of the fuel nozzle 4.
  • the inner tubular part 21 has a wide, groove-like circumferential recess 15.
  • This circumferential recess 15 extends in the burner longitudinal direction over a region which the longitudinal extent of the Mantel Kunststoff- or Sekundär Kunststoffab Anlagenskonus 8 and a part of the adjoining fuel or Primäriuftrohrabiteses 9, 9a of the fuel nozzle 4 and the outer tubular member 22 corresponds.
  • the circumferential recess 15 is part of the surface 14 of the inner tubular member 21, which faces the outer tubular member 22 and its inner surface 24 in the assembled state of the fuel nozzle 4.
  • the groove-like circumferential recess 15 is delimited by a peripheral edge web 25 at its burner mouth-side end arranged in the region of the burner mouth.
  • the depth of the recess 15 corresponds to the thickness of the introduced into this recess 15 heating or resistance wire winding 17, which is formed by usually spirally and multi-rotating orbits of a heating or resistance wire 16 or more heating or resistance wires 16, as shown in FIG can be seen. Characterized in that the depth of the recess 15 corresponds approximately to the diameter of a heating or resistance wire 16, a sufficiently deep embedding of the heating or resistance wire 16 is ensured in the base material and the material body of the inner tubular member 21 and thus a good heat transfer of the or Heating or resistance wires 16 reaches the adjacent material areas. In the recess 15 is thus at least one heating or resistance wire 16 which is spirally wound in a multi-turn heating or resistance wire winding 17 wound.
  • a plurality of heating or resistance wire windings 17 are provided, each having its own electrical connection 26a, 26b, 26c. According to the number of windings and thus the number of terminals 26a, 26b, 26c are from the recess 15 to the rear, the burner mouth facing away from the end of the inner tubular member 21 longitudinal grooves 27a, 27b formed, in which the terminals of the heating or resistance wire windings 17th are laid and guided. In FIG. 3, two longitudinal grooves 27a and 27b can be seen.
  • the groove-like circumferential recess 15 extends within the fuel nozzle 4 to the ring gear 6 of the stabilizing ring 5 and into the region of the surrounding stabilizing groove 18 formed therein, which are formed on or in the outer tubular part 22.
  • the stabilizing ring groove 18 is in the shell air or Sekundäriuftabriesskonus 8 facing immediate foot region of the ring gear 6 of the stabilizing ring 5 on the mantel Kunststoff- or Sekundäriuftabulateskonus 8 opposite inside of the outer tubular member 22 formed as part of the inner surface 24.
  • the outer surface 28 of the outer tubular member 22 forms at least a portion of the shell air or secondary air tube 10 facing surface of the burner orifice end of the fuel or primary air tube 3 from.
  • the fuel nozzle 4 composed of the inner tubular part 21 and the outer tubular part 22 with the heating or resistance wire winding 17 enclosed between them is shown in FIG. 2.
  • the fuel or primary air pipe section 9 of the fuel nozzle 4 is in this case formed by the two partial pipe sections of the inner and outer tubular part 21, 22, namely the fuel or Primär Kunststoffrohrabroughen 9 a, 9 b.
  • the recess 15 or the longitudinal grooves 27a, 27b covering the peripheral wall of the outer tubular member 22 through holes or refractions 29 are formed by which brazing in the molten state in the then below these openings 29 and located by the grooves 15th , 27a, 27b and possibly further grooves formed cavity / cavities after insertion of the outer tubular member 22 on the inner tubular member 21 can be introduced.
  • heating or resistance wire winding (s) 17 and / or the heating or resistance wire windings 17 receiving or covering area of outer and / or inner tubular part 21, 22 be covered with a heat insulating material.
  • the front web of the inner tubular part 21 having the edge web 25 terminates flush with the stabilizing groove 18 running on the inside of the stabilizing ring 5.
  • the stabilizing groove 18 is filled by the inner tubular part 21, so that after joining the two tubular parts 21, 22 a sufficiently large, circumferential recess 18 'is maintained at the foot of the stabilizing ring 5, through which the fuel or primary air pipe 3 funded particulate fuel jammed in the radial direction and the residence time of the particles in the region of this then heated in operation nozzle surface, which forms the region of the Brennstoffzündortes is increased.
  • the individual heating or resistance wire windings 17 are connected to an external power supply, wherein the supply lines through the secondary air area and thus the Mantel Kunststoff- or secondary air tube 10 from the burner be led out.
  • these supply lines are designed so that they endure the usual temperatures occurring here of around 300 ° C in the long term.
  • thermocouples For temperature control of the heating and / or ignition device 19, temperature sensors, for example thermocouples, can be arranged in the fuel nozzle 4 or at a suitable location of the burner 1.
  • a thermal insulation In the area of the Sekundär Kunststoffan Stammkhle, ie in the area of the Mantel Kunststoff- or Sekundäriuftabensteinskonus 8, may be provided on the outer surface of a thermal insulation to reduce the electrical energy demand.
  • the basically provided covering of surface areas with a heat insulating material can be carried out with materials which have a low heat conductivity and a high heat resistance, as is the case for example with mineral fibers, rock wool, ceramic wool or ceramic textiles.
  • the outer tubular part 22 has on the outside the conically radially outwardly widening Mantel Kunststoff- or Sekundäriuftabschenskonus 8 and the stabilizing ring 5 with the radially inwardly facing teeth 7 having ring gear 6.
  • the composite of the outer and inner tubular member 21, 22 fuel nozzle 4 forms the at least one electric heating or resistance wire having heating and / or ignition device 19 of the burner first from within the burner 1, the required for the formation and the course of the initial pyrolysis and ignition of the funded in the fuel or primary air tube 3 particulate fuel heat energy amount in the region of the forming Brennstoffzündortes provides.
  • the fuel and primary air pipe 3 are usually used in the raw material exhaust system 13 Swirl elements 20 are arranged and formed.
  • the particulate fuel to be combusted is carbonaceous, in particular pulverulent, fuel, preferably coal or biomass which is conveyed in the form of a fuel mass flow along the fuel delivery cross section 13 through the fuel or Primäriuftrohr 3 to the burner mouth and thus to the stabilizing ring 5, which is usually the Brennstoffzündort.
  • the fuel ignition location is also in the region of the stabilizing groove 18, whose depth 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 1.

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Abstract

Bei einem Brenner, umfassend ein einen Brennstoffmassenstrom führendes Brennstoff- oder Primärluftrohr (3) mit einer an seinem brennermündungsseitigen Ende ausgebildeten Brennstoffdüse (4) und umfassend ein das Primärluftrohr (3) koaxial umgebendes Sekundäriuftrohr (10) sowie vorzugsweise ein koaxial innerhalb des Primärluftrohrs (3) angeordnetes Kernluftrohr (12), wobei die Brennstoffdüse (4) eine mindestens einen elektrischen Widerstandsdraht (16) aufweisende Zündeinrichtung (19) ausbildet, die innerhalb des Brenners (1) die für die Entstehung und den Ablauf der initialen Pyrolyse und Zündung des im Primärluftrohr (3) geförderten Brennstoffs benötigte Wärmeenergiemenge im Bereich des sich bildenden Brennstoff-Zündortes bereitstellt, soll eine alternative und verbesserte Brennstoffdüse eines Brenners mit elektrischer Zündeinrichtung für die Zündung von im Brenner gefördertem Brennstoff geschaffen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Brennstoffdüse (4) mehrteilig ausgebildet ist und aus einem äußeren rohrförmigen Teil (22) und einem inneren rohrförmigen Teil (21) besteht, wobei das innere rohrförmige Teil (21) in seiner dem äußeren rohrförmigen Teil (22) zugewandten Oberfläche (14) eine breite, nutartig umlaufende Ausnehmung (15) aufweist, die sich in Brenneriängsrichtung über einen Bereich erstreckt, der der Längserstreckung eines Sekundärluftabweisungskonus (8) und eines Teiles des daran angrenzenden Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitts (9a) des äußeren rohrförmigen Teils (22) entspricht und in welche der mindestens eine Widerstandsdraht (16) spiralförmig umlaufend in mindestens einer mehrere Windungen umfassenden Widerstandsdrahtwicklung (17) gewickelt ist.

Description

Kohlenstaubbrenner mit elektrisch beheizter Brennstoffdüse
Die Erfindung richtet sich auf einen Brenner für 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 Brennstoffoder 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 B re n n stoff-Zü nd o rtes 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-Luft- Verhältnis 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, kohlenstoffhaltige ; i' ^ennstoff 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 häufige Lastwechsel ein entsprechend häufiges Anfahren der Brenner erfolgt.
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 bei 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 diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brennstoffdüse mehrteilig ausgebildet ist und aus einem äußeren rohrformigen Teil, dessen äußere Oberfläche zumindest einen Teil der dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandten Oberfläche des brennermündungsseitigen Endes des Brennstoff- oder Primärluftrohrs ausbildet, und aus einem inneren rohrformigen Teil , dessen innere Oberfläche die innere Oberfläche des brennermündungsseitigen Endes des Brennstoff- oder Primärluftrohrs bis in den Bereich des Stabilisierungsrings ausbildet, besteht, wobei das äußere rohrförmige Teil den Stabilisierungsring mit dem die radial nach innen weisenden Zähne aufweisenden Zahnkranz und den Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus sowie einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt umfasst und das innere rohrförmige Teil einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt umfasst sowie in seiner dem äußeren rohrformigen Teil zugewandten Oberfläche eine breite, nutartig umlaufende Ausnehmung aufweist, die sich in Brennerlängsrichtung über einen Bereich erstreckt, der der Längserstreckung des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus und eines Teiles des daran angrenzenden Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitts des äußeren rohrformigen Teils entspricht und in welche der mindestens eine Heizoder Widerstandsdraht spiralförmig umlaufend 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 innerhalb der Brennstoffdüse auf die Außenoberfläche des inneren rohrformigen Teils, in der nutartigen Ausnehmung gefasst, aufgewickelt wird, bleibt die durch das äußere rohrförmige Teil gebildete Außengestaltung der Brennstoffdüse mit ihren Funktionen als Teil des Brennstoff- oder Primärluftrohres, als Sekundäriuftabweiskehle (Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus) und als Stabilisierungsring erhalten. Durch die Einbringung des Heiz- oder Widerstandsdrahtes in den bzw. auf den Werkstoff des inneren rohrförmigen Teils der Brennstoffdüse unter Beibehaltung der für die NOx-arme Verbrennung erforderlichen äußeren und inneren Formgebung der Brennstoffdüse, lässt sich in vorteilhafter Weise eine insgesamt elektrisch beheizte Brennstoffdüse ausbilden, die konstruktiv einfach aufgebaut und durch mechanische 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 in der innerhalb der Brennstoffdüse in deren Wandungsbereich ausgebildeten nutartigen Ausnehmung angeordnet ist. Um eine Wärmeabgabe an das im Mantelluft- oder Sekundärluftrohr geförderte Medium zu vermindern, kann die Außenfläche der Brennstoffdüse im Bereich 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 einen möglichst geringen elektrischen Energieverbrauch des Widerstandsdrahtes erreicht.
Aufgrund der zweiteiligen Ausbildung der Brennstoffdüse ist es möglich, in die Oberfläche des inneren rohrförmigen Teils die breite nutförmigt- Ausnehmung mit einer zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser des darin gewickelten Heiz- oder Widerstandsdrahtes entsprechenden Tiefe auszubilden und somit einen danach durch das aufgeschobene äußere rohrförmige Teil geschlossenen Hohlraum für die Aufnahme der Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung zu schaffen, die somit quasi im Wandbereich der Brennstoffdüse umlaufend ausgebildet ist. Durch den die Ausnehmung abdeckenden äußeren rohrförmigen Teil ist die Heizoder Widerstandsdrahtwicklung geschützt innerhalb der Brennstoffdüse angeordnet. Die nutartige Ausnehmung erlaubt es in vorteilhafter Weise darin einen oder mehrere Heiz- oder Widerstandsdrähte spiralförmig umlaufend zur Ausbildung einer oder mehrerer mehrere Windungen umfassender Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklungen mit guter wärmeübertragender Verbindung an den Materialkörper des inneren rohrförmigen Teils bei gleichzeitig guter Fixierungsmöglichkeit auf deren Manteloberfläche aufzuwickeln. Zu diesem Zweck erstreckt sich die breite nutartig umlaufende Ausnehmung in Brennerlängsrichtung über einen Bereich, der der Längserstreckung des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus und eines Teiles des daran angrenzenden Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitts des äußeren rohrförmigen Teils entspricht.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die umlaufende Ausnehmung in Brennerlängsrichtung bis zum Zahnkranz des Stabilisierungsrings erstreckt. Damit reicht die Beheizung insbesondere bis in den Bereich des Zahnkranzes hinein, der üblicherweise im unmittelbaren Bereich des Brennstoffzündortes angeordnet ist. Um mit Hilfe der Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung eine besonders gute und gleichmäßige Wärmeentwicklung und Wärmeübertragung an die anliegenden Bereiche der Brennstoffdüse zu erzeugen, ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, dass die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung mehrere spiralförmig gewickelte Heiz- oder Widerstandsdrähte aufweist.
Eine besonders gute Anbindung an den umgebenden Werkstoff lässt sich in Bezug auf den Heiz- oder Widerstandsdraht oder die Heiz- oder Widerstandsdrähte dadurch erzielen, dass der mindestens eine Heiz-oder Widerstandsdraht oder die mehreren Heiz-oder Widerstandsdrähte mittels eines schmelzflüssig aufgetragenen Hartlotes stoffschlüssig mit dem Werkstoff des inneren und/oder äußeren rohrförmigen Teils verbunden ist/sind, was die Erfindung weiterhin vorsieht. Durch diese Maßnahme wird einerseits eine besonders gute Fixierung des oder der Heiz- oder Widerstandsdrähte in der Ausnehmung gewährleistet und andererseits 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.
Um einen zu großen Wärmeverlust nach außen in radialer Richtung zum Mantelluft- oder Sekundärluftrohr hin zu vermeiden, kann auf den den Mantelluftoder Sekundärluftrohr zugewandten Oberflächen von äußerem und/oder innerem rohrförmigen Teil eine wärmeisolierende Materialschicht aufgebracht sein. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung und/oder die Heiz- oder Widerstandswicklung aufnehmende oder abdeckende Bereiche von innerem oder äußerem rohrförmigen Teil auf ihrer dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandten Oberfläche mit einem Wärmeisoliermaterial bedeckt ist/sind. Wenn die dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr zugewandte Oberfläche oder Manteloberfläche des äußeren rohrförmigen Teils mit einem Wärmeisoliermaterial bedeckt ist, lässt sich dadurch eine Wärmeabgabe in das Mantelluft- oder Sekundärluftrohr hinein vermeiden oder vermindern. Um das äußere und das innere rohrförmige Teil ortsfest miteinander verbinden zu können und gegebenenfalls auch die den Heiz- oder Widerstandsdraht aufnehmende Ausnehmung mit Hartlot verfüllen zu können, sieht die Erfindung in der Mantelfläche des äußeren rohrförmigen Teil ausgebildete Durchbohrungen oder Durchbrechungen vor. In zweckmäßiger Weiterbildung zeichnet sich die Erfindung daher auch dadurch aus, dass in der Mantelfläche des äußeren rohrförmigen Teils Durchbrechungen ausgebildet und mit schmelzflüssig eingetragenem Hartlot unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit äußerem und innerem rohrförmigem Teil verfüllt sind. Um die Brennstoffpartikel des im Brennstoff- oder Primärluftrohr geförderten Brennstoffes beim Auftreffen auf den Stabilisierungsring und hier insbesondere bei ihrem Auftreffen im Bereich der Zähne des Zahnkranzes des Stabilisierungsringes ausreichend zu stauen und in ihrer Fördergeschwindigkeit zu verlangsamen, damit hier bei üblichen Fördergeschwindigkeiten und Brennstoffmassenströmen ausreichend Zeit für die zur Ausbildung der Pyrolyse und initialen Zündung des Brennstoffes notwendige Wärmeübertragung mittels der Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung zur Verfügung gestellt wird, zeichnet sich die Erfindung weiterhin dadurch aus, dass auf der dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus abgewandten Innenseite des äußeren rohrförmigen Teils 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 aufgefangen und der Brennstoffmassenstrom intensiver aufgehalten, als dies beim vorbekannten Stand der Technik der Fall ist, so dass gegenüber diesem mehr Zeit für eine Wärmeübertragung und Zündung des Brennstoffes gegeben ist. Die Stabilisierungsringnut ist im Bereich des sich üblicherweise für die initiale Zündung ergebenden Brennstoffzündortes ausgebildet.
Es hat sich herausgestellt, dass die Tiefe der Stabilisierungsringnut eine Mindesttiefe in Bezug auf die Breite des Stabilisierungsrings aufweisen sollte. Die Erfindung sieht in Weiterbildung daher auch vor, dass die Tiefe der Stabilisierungsringnut mindestens 5 % der Breite des Stabilisierungsrings oder des Zahnkranzes beträgt.
Schließlich sieht die Erfindung auch vor, dass sich die umlaufende Ausnehmung in Brenneriängsrichtung bis in den Bereich der umlaufenden Stabilisierungsringnut erstreckt. Auch dies gewährleistet eine ausreichende Wärmeübertragung an und einen ausreichenden Wärmeübertrag in den an der Innenseite des Brennstoffoder Primärluftrohres geförderten Brennstoffmassenstrom . Um diesen gezielt in den Bereich der Stabilisierungsringnut zu fördern, sind in dem Förderquerschnitt des Brennstoff- oder Primärluftrohres entsprechende Drallelemente in üblicher Art und Weise ausgebildet und angeordnet.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in in schematischer Schnittdarstellung den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners, in schematischer Perspektivdarstellung eine zweiteilige Brennstoffdüse im zusammengebauten Zustand, in schematischer Perspektivdarstellung das innere rohrförmige Teil der Brennstoffdüse nach Fig. 2, in schematischer Perspektivdarstellung das innere rohrförmige Teil der Brennstoffdüse nach Fig. 3 mit einer aufgebrachten Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung, in schematischer Perspektivdarstellung das äußere rohrförmige Teil der Brennstoffdüse nach Fig. 2 und in
Fig. 6 in schematischer Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus der
Brennstoffdüse nach Fig. 2.
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 mehrteilig aus einem inneren rohrförmigen Teil 21 und einem äußeren rohrförmigen Teil 22 mit einer zwischen diesen angeordneten Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 ausgebildet. Das äußere rohrförmige Teil 22 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 sowie an seinem dem Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 zugewandten Ende einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt 9a. Das Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 ist koaxial von einem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr 10 umgeben, welches wiederum koaxial von einem Tertiärluftrohr 1 1 umgeben ist. Innerhalb des Brennstoff- oder Primärluftrohres 3 ist koaxial zu diesem ein Kemluftrohr 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.
Die erfindungsgemäße Brennstoffdüse 4 ist insofern mehrteilig ausgebildet als sie sich aus dem inneren rohrförmigen Teil 21 und dem äußeren rohrförmigen Teil 22 zusammensetzt, die ineinander geschoben und auseinanderliegend die Brennstoffdüse 4 ausbilden.
Das in der Fig. 3 dargestellte innere rohrförmige Teil 21 ist bei dem hier dargestellten Rundbrenner wie das äußere rohrförmige Teil 22 zylinderförmig ausgebildet und weist an seinem einen Ende einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt 9b auf, mit welchem das innere rohrförmige Teil 21 nach Zusammenbau der Brennstoffdüse 4 an dem Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 befestigt, insbesondere angeschweißt wird. Die innere Oberfläche 23 bildet dann die innere Oberfläche des brennermündungsseitigen, bis in die Mündung und in den Bereich des Stabilisierungsrings 5 reichenden Endes des Brennstoff- oder Primärluftrohres 3 aus. Insofern ist dieser Endbereich des inneren rohrförmigen Teils 21 als Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt 9b der Brennstoffdüse 4 ausgebildet. An seinem gegenüberliegenden Ende weist das innere rohrförmige Teil 21 eine breite, nutartig umlaufende Ausnehmung 15 auf. Diese umlaufende Ausnehmung 15 erstreckt sich in Brennerlängsrichtung über einen Bereich, der der Längserstreckung des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus 8 und eines Teiles des daran angrenzenden Brennstoff- oder Primäriuftrohrabschnittes 9, 9a der Brennstoffdüse 4 und des äußeren rohrförmigen Teils 22 entspricht. Die umlaufende Ausnehmung 15 ist Teil der Oberfläche 14 des inneren rohrförmigen Teiles 21 , die im zusammengebauten Zustand der Brennstoffdüse 4 dem äußeren rohrförmigen Teil 22 und zwar dessen innerer Oberfläche 24 zugewandt ist. An ihrem im Bereich der Brennermündung angeordneten brennermündungsseitigen Ende ist die nutartig umlaufende Ausnehmung 15 durch einen umlaufenden Randsteg 25 begrenzt. Die Tiefe der Ausnehmung 15 entspricht der Dicke der in diese Ausnehmung 15 eingebrachten Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17, die durch üblicherweise spiralförmig und mehrgängig umlaufende Windungen eines Heiz- oder Widerstandsdrahtes 16 oder mehrerer Heiz- oder Widerstandsdrähte 16 gebildet ist, wie dies der Fig. 4 zu entnehmen ist. Dadurch, dass die Tiefe der Ausnehmung 15 in etwa dem Durchmesser eines Heiz- oder Widerstandsdrahtes 16 entspricht, ist eine ausreichend tiefe Einbettung des Heizoder Widerstandsdrahtes 16 in das Grundmaterial und den Materialkörper des inneren rohrförmigen Teils 21 sichergestellt und damit eine gute Wärmeübertragung von dem oder den Heiz- oder Widerstandsdrähten 16 an die anliegenden Materialbereiche erreicht. In der Ausnehmung 15 befindet sich somit mindestens ein Heiz- oder Widerstandsdraht 16, der spiralförmig umlaufend in einer mehrere Windungen umfassenden Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 gewickelt ist. Im Ausführungsbeispiel sind mehrere Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklungen 17 vorgesehen, die jeweils einen eigenen elektrischen Anschluss 26a, 26b, 26c aufweisen. Entsprechend der Zahl der Wicklungen und damit der Anzahl an Anschlüssen 26a, 26b, 26c sind von der Ausnehmung 15 ausgehend zum hinteren, der Brennermündung abgewandten Ende des inneren rohrförmigen Teiles 21 Längsnute 27a, 27b ausgebildet, in welchen die Anschlüsse der Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklungen 17 gelegt und geführt sind. In der Fig. 3 sind zwei Längsnute 27a und 27b erkennbar. In Brennerlängsrichtung erstreckt sich die nutartig umlaufende Ausnehmung 15 innerhalb der Brennstoffdüse 4 bis zum Zahnkranz 6 des Stabilisierungsrings 5 sowie bis in den Bereich der dort ausgebildeten umlaufenden Stabilisierungsnut 18 hinein, welche am oder im äußeren rohrförmigen Teil 22 ausgebildet sind. Die Stabilisierungsringnut 18 ist in dem dem Mantelluft- oder Sekundäriuftabweisungskonus 8 zugewandten unmittelbaren Fußbereich des Zahnkranzes 6 des Stabilisierungsringes 5 auf der dem Mantelluft- oder Sekundäriuftabweisungskonus 8 abgewandten Innenseite des äußeren rohrförmigen Teils 22 als Bestandteil von dessen innerer Oberfläche 24 ausgebildet. Die äußere Oberfläche 28 des äußeren rohrförmigen Teils 22 bildet zumindest einen Teil der dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr 10 zugewandten Oberfläche des brennermündungsseitigen Endes des Brennstoff- oder Primärluftrohres 3 aus. Die aus dem inneren rohrförmigen Teil 21 und dem äußeren rohrförmigen Teil 22 mit der zwischen diesen eingeschlossenen Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 zusammengesetzte Brennstoffdüse 4 ist in der Fig. 2 dargestellt. Der Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt 9 der Brennstoffdüse 4 wird hierbei von den beiden Teilrohrabschnitten von innerem und äußerem rohrförmigem Teil 21 , 22, nämlich den Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitten 9a, 9b, gebildet. In der bei zusammengebauter Brennstoffdüse 4 die Ausnehmung 15 oder die Längsnute 27a, 27b überdeckenden Umfangswand des äußeren rohrförmigen Teils 22 sind Durchbohrungen oder durch Brechungen 29 ausgebildet, durch welche Hartlot in schmelzflüssigem Zustand in den sich dann unterhalb dieser Durchbrechungen 29 befindenden und von den Nuten 15, 27a, 27b und gegebenenfalls weiteren Nuten gebildeten Hohlraum/Hohlräumen auch nach Aufschieben des äußeren rohrförmigen Teiles 22 auf das innere rohrförmige Teil 21 eingebracht werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, hier eine gute Verbindung des Heiz- oder Widerstandsdrahtes 16 bzw. der jeweiligen Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 mit daran anliegenden Werkstoffbereichen von innerem und äußeren rohrförmigen Teil 21 , 22 der Brennstoffdüse 4 zu erzielen und insofern eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Aber auch die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem äußeren und dem inneren rohrförmigen Teil 21 , 22 kann auf diese Art und Weise hergestellt werden.
In nicht dargestellter Weise können zudem die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung(en) 17 und/oder die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklungen 17 aufnehmenden oder abdeckenden Bereich von äußerem und/oder innerem rohrförmigen Teil 21 , 22 mit einem Wärmeisoliermaterial bedeckt sein.
Beim Zusammenfügen von innerem und äußeren rohrförmigen Teil 21 , 22 schließt die den Randsteg 25 aufweisende Vorderseite des inneren rohrförmigen Teiles 21 bündig mit der auf der Innenseite des Stabilisierungsrings 5 verlaufenden Stabilisierungsnut 18 ab. Dabei wird nur ein Teilbereich der Stabilisierungsnut 18 durch das innere rohrförmige Teil 21 ausgefüllt, so dass nach dem Zusammenfügen der beiden rohrförmigen Teile 21 , 22 eine ausreichend große, umlaufende Vertiefung 18' am Fuße des Stabilisierungsringes 5 erhalten bleibt, durch die der im Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 geförderte partikelförmige Brennstoff in radialer Richtung gestaut und die Verweilzeit der Partikel im Bereich dieser im Betrieb dann aufgeheizten Düsenfläche, die den Bereich des Brennstoffzündortes ausbildet, erhöht wird.
Durch die Ausfüllung der die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung 17 aufnehmenden Hohlräume mit Hartlot wird eine gute Wärmeübertragung zwischen dem oder den Heiz- oder Widerstandsdrähten 16 und dem Grundwerkstoff der Brennstoffdüse 4 bzw. der beiden rohrförmigen Teile 21 , 22 bewirkt. Zusätzlich wird hierdurch die Fixierung des oder der Heiz- oder Widerstandsdrähte 16 und der rohrförmigen Teile 21 , 22 zueinander sichergestellt
Über in den jeweils zugeordneten Längsnuten 27a, 27b geführte einzelne elektrische Anschlüsse 26a, 28b, 26c werden die einzelnen Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklungen 17 an einen externe Stromversorgung angeschlossen, wobei die Zuführleitungen durch den Sekundärluftbereich und damit das Mantelluft- oder Sekundärluftrohr 10 aus dem Brenner 1 herausgeführt werden. Innerhalb des Brenners 1 werden dabei diese Versorgungsleitungen so ausgestaltet, dass sie die hier auftretenden üblichen Temperaturen von um die 300°C langfristig aushalten.
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. Im Bereich der Sekundärluftanweiskehle, d.h. in Bereich des Mantelluft- oder Sekundäriuftabweisungskonus 8, kann auf dessen Außenfläche eine Wärmeisolierung zur Verringerung des elektrischen Energiebedarfes vorgesehene sein. Aber auch die grundsätzlich vorgesehen Abdeckung von Oberflächenbereichen mit einem Wärmeisoliermaterial kann mit Materialien durchgeführt werden, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen, wie dies beispielsweise bei mineralischen Fasern, Steinwolle, Keramikwolle oder keramischen Textilien der Fall ist. Bei Aufbringung einer solchen Wärmeisolierung werden die Wärmeverluste aufgrund der die durch die im Förderquerschnitt des M ante Hüft- oder Sekundärluftrohres 10 strömende Sekundärluft bewirkte konvektive Kühlung sowie Abstrahlungsverluste verringert.
Das äußerer rohrförmige Teil 22 weist außenseitig den sich konisch radial nach außen erweiternden Mantelluft- oder Sekundäriuftabweisungskonus 8 sowie den Stabilisierungsring 5 mit dem die radial nach innen weisenden Zähne 7 aufweisenden Zahnkranz 6 auf. Zudem ist der Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt 9a Bestandteil des äußeren rohrförmigen Teils 22. Die aus dem äußeren und dem inneren rohrförmigen Teil 21 , 22 zusammengesetzte Brennstoffdüse 4 bildet die mindestens einen elektrischen Heiz- oder Widerstandsdraht aufweisende Heiz- und/oder Zündeinrichtung 19 des Brenners 1 aus, die innerhalb des Brenners 1 die für die Entstehung und den Ablauf der initialen Pyrolyse und Zündung des im Brennstoff- oder Primärluftrohr 3 geförderten partikelförmigen Brennstoffs benötigte Wärmeenergiemenge im Bereich des sich bildenden Brennstoffzündortes bereitstellt. Um die Brennstoffpartikel des im Brennstoffförderquerschnitt 13 geförderten Brennstoffmassenstroms gezielt in den Bereich der Zähne 7 des Zahnkranzes 6 und die Stabilisierungsringnut 18 zu lenken, sind in dem B re n n stof ff ö rd e rq u ersch n itt 13 des Brennstoff- und Primärluftrohres 3 übliche Drallelemente 20 angeordnet und ausgebildet.
Bei dem zu verbrennenden partikelförmigen Brennstoff handelt es sich um kohlenstoffhaltigen, insbesondere staubförmigen Brennstoff, vorzugsweise Kohle oder Biomasse, die in Form eines Brennstoffmassenstroms längs des Brennstoffförderquerschnittes 13 durch das Brennstoff- oder Primäriuftrohr 3 zur Brennermündung und damit zum Stabilisierungsring 5, der in der Regel den Brennstoffzündort darstellt, gefördert wird.
Der Brennstoffzündort liegt zudem auch im Bereich der Stabilisierungsnut 18, deren Tiefe in axialer Richtung des Brenners 1 mindestens 5 % der Breite B des Stabilisierungsrings 5 oder des Zahnkranzes 6 in axialer Richtung des Brenners 1 beträgt.

Claims

Patentansprüche
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) mehrteilig ausgebildet ist und aus einem äußeren rohrförmigen Teil (22), dessen äußere Oberfläche (18) zumindest einen Teil der dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr ( 0) zugewandten Oberfläche des brennermündungsseitigen Endes des Brennstoff- oder Primärluftrohrs (3) ausbildet, und aus einem inneren rohrförmigen Teil (21 ), dessen innere Oberfläche (23) die innere Oberfläche des brennermündungsseitigen Endes des Brennstoff- oder Primärluftrohrs (3) bis in den Bereich des Stabilisierungsrings (5) ausbildet, besteht, wobei das äußere rohrförmige Teil (22) den Stabilisierungsring (5) mit dem die radial nach innen weisenden Zähne (7) aufweisenden Zahnkranz (6) und den Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) sowie einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt (9a) umfasst und das innere rohrförmige Teil (21 ) einen Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitt (9b) umfasst sowie in seiner dem äußeren rohrformigen Teil (22) zugewandten Oberfläche (14) eine breite, nutartig umlaufende Ausnehmung (15) aufweist, die sich in Brennerlängsrichtung über einen Bereich erstreckt, der der Längserstreckung des Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) und eines Teiles des daran angrenzenden Brennstoff- oder Primärluftrohrabschnitts (9a) des äußeren rohrförmigen Teils (22) entspricht und in weiche der mindestens eine Heiz-oder Widerstandsdraht (16) spiralförmig umlaufend in mindestens einer mehrere Windungen umfassenden Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung (17) gewickelt ist.
2. Brenner (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die umlaufende Ausnehmung (15) in Brennerlängsrichtung bis zum Zahnkranz (6) des Stabilisierungsrings (5) erstreckt.
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 inneren und/oder äußeren rohrförmigen Teils (21 , 22) verbunden ist/sind.
5, Brenner (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- oder Widerstandsdrahtwicklung (17) und/oder die Heiz- oder Widerstandswickiung (17) aufnehmende oder abdeckende Bereiche von innerem oder äußerem rohrförmigen Teil (21 , 22) auf ihrer dem Mantelluft- oder Sekundärluftrohr (3) zugewandten Oberfläche mit einem Wärmeisoliermaterial bedeckt ist/sind.
8. Brenner (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche des äußeren rohrförmigen Teils (22) Durchbrechungen (29) ausgebildet und mit schmelzflüssig eingetragenem Hartlot unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit äußerem und innerem rohrförmigem Teil (21 , 22) verfüllt sind.
7. Brenner (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Mantelluft- oder Sekundarluftabweisungskonus (8) abgewandten Innenseite des äußeren rohrförmigen Teils (22) im dem Mantelluft- oder Sekundärluftabweisungskonus (8) zugewandten unmittelbaren Fußbereich des Zahnkranzes (6) des Stabilisierungsrings (5) eine umlaufende Stabilisierungsringnut (18) ausgebildet ist.
8. 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.
9. Brenner (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die umlaufende Ausnehmung (15) in Brennerlängsrichtung bis in den Bereich der umlaufende Stabilisierungsringnut (18) erstreckt.
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