DD209246B1 - Kohlenstaubzuendbrennkammer - Google Patents

Description

beträgt.

2. Kohlenstaubzündbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der düsenförmigen Verengung (5) ein oder mehrere in den Freistrahl (10) gerichtete, mit Druckluft oder Druckluft und Brennstaub beaufschlagbare Nachbrenner (11) angeordnet sind.

3. Kohlenstaubzündbrennkammer nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in einem düsenförmigen Ringraum (9), in den die Rohrleitungen (8) münden, und/oder im Ringspalt (15) Einströmeinbauten schräg zur Brennkammerachse angeordnet sind.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine brennstaubbetriebene Einrichtung zur Zündung und/oder Stützfeuerung von Hauptkohlenstaubbrennern in großen Dampferzeugern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Beim Anfahren eines kohlenstaubgefeuerten Dampferzeugers können die Hauptkohlenstaubbrenner erst dann in Betrieb genommen werden, wenn die Brennkammer des Dampferzeugers eine so hohe Temperatur hat, daß für die Mahltrocknung der Kohle genügend heißes Gas aus dieser Brennkammer zur Verfügung steht und der Hauptkohlenstaubstrahl sicher zündet. Kohlenstaubgefeuerte Dampferzeuger benötigen deshalb für das Anfahren eine zusätzliche Feuerung, die Zündfeuerung. Dazu werden meist Ölzündfeuerungen und wenn hochkalorisches Brenngas zur Verfügung steht, auch Gaszündfeuerungen vorgesehen.

In diesem Zusammenhang sind analog zu mit Heizöl betriebenen Zündbrennern unmittelbar am Dampferzeuger angebrachte spezielle Kohlenstaubbrenner bekannt, die gleichzeitig zur Stützfeuerung dienen.

Im WP 149699 ist ein Verfahren und eine Einrichtung für die thermische Aufbereitung von Kohlenstaub für Zementanlagen beschrieben, bei der dem Kohlenstaub zur teilweisen pulsierenden Verbrennung Luft entsprechend eines Luftfaktors Λ = 0,2 bis 0,5 zugesetzt wird und die Hauptverbrennung des so thermisch aufbereiteten Kohlenstaubes mit Sekundärluft erst außerhalb der Aufbereitungseinrichtung erfolgt. Die pulsierende Verbrennung führt jedoch zu einer zeitweise unzulässig langen Flammenausbildung und damitzur Gefährdung der Wandung des Brennraumes des Dampferzeugers. Die teilweise pulsierende Verbrennung von Kohlenstaub ist deshalb auf die Anwendung in Brennrohröfen von Zementanlagen beschränkt. Durch das WP 153911 wurde ein Verfahren und ein Brenner zur Erzeugung einer rotierenden Kohlenstaubflamme, zum nachträglichen Anbau an Kleindampferzeuger, bekannt. Ziel dieser Erfindung ist es, industrielle Wärmeerzeugungsaniagen mit Heizöl- und Gasfeuerungen auf den Einsatz fester Brennstoffe umzustellen. Eine Anwendung an großen Dampferzeugern ist nicht möglich. Weiterhin sind Brennmuffeln bekannt, die ebenfalls unmittelbar am Dampferzeuger angebracht sind und als Zündbrennstoff ein Heizöl-Kohlenstaub-Gemisch verbrennen. Die Nachteile dieser Zündbrenner bestehen darin, daß der Heizölbedarf noch mindestens Ѵз des Heizölbedarfs der reinen Heizölzündbrenner beträgt.

Aus der DE-AS 28 16768 ist ein Topfbrenner bekannt, bei dem von außen zugeleitete Kaltluft im Gegenstrom zum Brennstrahl außerhalb des Brennraumes zugeführt und danach sowohl dem Brennstoffgemisch im Brennraumeingangsbereich als auch über Rohrzuführungen mit Düsenenden am Brennerausgang zugeleitet wird. So wird eine zweistufige Verbrennung realisiert, bei der der größte Teil in der ersten Stufe in der Brennkammer und der geringere Teil in der folgenden Stufe außerhalb erfolgt. Die Ausbildung als Topfbrenner bedingt jedoch eine hohe Brennraumbelastung, so daß die Zündung nur über zusätzliche Öl- oder Gaszufuhr im Umfang von immerhin 10% der Gesamtbrennerleistung erfolgen kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung, die einen in jeder Betriebsphase des Dampferzeugers sicheren und zuverlässigen Betrieb ausschließlich mit Kohlestaub ermöglicht.

-2- 209 246 Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Zündung der Hauptkohlenstaubbrenner und zur Stützfeuerung großer Dampferzeuger zu schaffen, die ausschließlich mit Kohlenstaub betrieben wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Nutzung des Gegenstromkühlungsprinzips die Luft durch den von von druckfestem Außengehäuse, Brennrohr und Trennwand gebildeten Ringraum geführt wird, wobei die Einleitung der Luft jedoch tangential erfolgt, so daß sie den Ringraum mit einem Dralleffekt durchläuft und damit einen rundum wirksamen Kühlschleier erzeugt. Diese Maßnahme wird gemäß der Erfindung noch ergänzt durch die Ausbildung der Brennkammer mit einem kohlenstaubmengenabhängigen Längen-Durchmesser-Verhältnis des Brennrohres, das bei äquivalenten Strömungsverhältnissen

Brennstaubbeladung [kg/hl _T = 0,8-3,0

Durchmesser [mnr]

beträgt.

Daraus wird eine kurze Brennkammerdimensionierung deutlich und auch der Durchmesser ist entsprechend den Strömungsverhältnissen relativ gering.

Über eine Brennstoffzuführung wird ein Brennstaub-Druckluft-Gemisch in das Brennrohr der Kohlenstaubzündbrennkammer geblasen. Diese mit hoher Brennstaubbeladung arbeitende pneumatische Förderung wird überlagert von der Verbrennungsluft, die einen Teil der Kühlluft beinhaltet und durch eine weitere Dralleinrichtung in das Brennrohr eingeführt wird. Mit Hilfe einer Zündeinrichtung wird der Brennstaub im Brennrohr gezündet.

Die Dimensionierung des Brennrohres erfaßt ausschließlich nur die erste Phase der Verbrennung.

Die dominierende weitere Verbrennung des Kohlenstaubes, der auf Grund des extremen Luftmangels nicht in der Kohlenstaubzündbrennkammer verbrennt, erfolgt im beschleunigt aus der Kohlenstaubzündbrennkammer austretenden und in den Brennraum des Dampferzeugers gerichteten Freistrahl, wobei die dazu erforderliche Verbrennungsluft zum großen Teil aus dem Brennraum des Dampferzeugers entnommen wird. Außerdem wird der aus dem Kühlluftschleier resultierende Luftüberschuß, der nicht dem Brennrohr als Verbrennungsluft zugeführt wird, über Rohrleitungen einem weiteren Ringraum, der als düsenförmige Verengung den Brennrohraustritt umgibt, zum Austritt in den Freistrahl zugeführt.

Mit der Brennkammergestaltung in Verbindung zur Kühlluftschleierausbildung kommt im äußeren Bereich des Brennrohres eine solche Rezirkulation zustande, die eine niedrige Brennraumbelastung gewährleistet und dadurch die Zündung mit geringer Zündenergie gestattet. Dadurch werden andere Brennmedien wie beispielsweise Heizöl zur Brennstaubbeimengung nicht mehr erforderlich.

Die an der Außenwand des Brennrohres angebrachten Thermoelemente dienen als Signalelemente und können das Zu- bzw. Abschalten der Zündeinrichtungen bewerkstelligen.

Zur Stabilisierung des aus der Brennkammer austretenden Freistrahles und zur Unterstützung des Verbrennungsprozesses in der Brennkammer wird die Kühlschleierluft durch die Ringspalte des Brennrohres durch Einströmeinbauten mit einem weiteren Dralleffekt versehen, um die Ausbildung der Rezirkulationszone noch zu verstärken und die Freistrahlflamme entsprechend zu beeinflussen. Auch im düsenförmigen Ringraum am Ausgang der Brennkammer sind solche Einbauten möglich, um den Freistrahl effektiver zum Ausbrand zu bringen.

Zur gezielten Beeinflussung des Freistrahles können entsprechend einem zusätzlich einsetzbaren Merkmal der Erfindung auch ein oder mehrere mit Druckluft oder Druckluft und Brennstaub beaufschlagten Nachbrenner in den Freistrahl gerichtet werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Kohlenstaubzündbrennkammer.

Die Kohlenstaubzündbrennkammer besteht aus einem druckfesten Außengehäuse 1, in dem ein wärmeelastisch konstruiertes, in mehrere Segmente aufgeteiltes Brennrohr 2 lagert. Den Brennkammereintritt bildet eine zentral angeordnete axial wirkende Brennstoffzuführung 3, die von einem Brennstaub-Druckluft-Gemisch beaufschlagt wird. Diese mit hoher Brennstaubbelastung arbeitende pneumatische Förderung wird überlagert von der über die Dralleinrichtung 4 strömenden Verbrennungsluft.

Das Brennrohr 2 besitzt am Austritt eine düsenförmige Verengung 5, mit deren Hilfe das Verbrennungsprodukt auf eine optimale Geschwindigkeit beschleunigt wird. Das Brennrohr 2 erfährt durch Kühlluftzuführung aus dem Ringraum 6, zwischen Brennrohr 2 und Außengehäuse 1, über Ringspalte 15 einen Kühlschleiereffekt, denn die Verbrennungsluft und die Kühlluft werden

gemeinsam am Ende der Kohlenstaubzündbrennkammer über ein oder mehrere Rohranschlußstücke 7 tangential in den

Ringraum 6 eingeleitet und so bereits verdrallt, ehe sie über die Dralleinrichtung 4 und über die Ringspalte 15 mit hoher

Drallströmung in das Brennrohr 2 eintreten.

Zur Erzielung günstiger Strömungsverhältnisse im Ringraum 6 wird mehr Luft eingebracht und die über den Anteil der

Verbrennungsluft und der Kühlluft hinausgehende Menge im Bereich des Brennrohreintritts entnommen und über ein oder

mehrere Rohrleitungen 8 und den Ringraum 9 in den Freistrahl 10 des aus der Kohlenstaubzündbrennkammer austretenden

Verbrennungsproduktes als zusätzliche Verbrennungsluft zugeleitet. Im Bereich der düsenförmigen Verengung 5 sind außerdem ein oder mehrere Nachbrenner 11 angeordnet, die bei Bedarf ein zusätzliches Kohlenstaub-Luft-Gemisch in den aus der

Kohlenstaubzündbrennkammer austretenden Flammenstrahl blasen und die bei nicht erforderlicher Nachverbrennung zur

Einblasung von ausschließlich Druckluft mit dem Ziel der Beeinflussung des Freistrahles 10 dienen können.

Mit Hilfe der mit geringer Zündenergie betriebenen Zündeinrichtung 12 wird die sichere Zündung des Brennstaubes in der

Kohlenstaubzündbrennkammer bewerkstelligt.

Durch die auf der Außenwand des Brennrohres 2 angeordneten Thermoelemente 14 kann bei entsprechender Temperatur die Zündeinrichtung 12 der Kohlenstaubzündbrennkammer abgeschaltet werden. Beim Verlöschen der Flamme in der

Kohlenstaubzündbrennkammer infolge zeitweisem Überhandnehmen von nicht brennbaren Bestandteilen in dem zugeführten Kohlenstaub wird die Zündeinrichtung 12 solange zugeschaltet, bis wieder ein stabiler Verbrennungsprozeß in der

Kohlenstaubzündbrennkammer erreicht ist.

Claims (1)

1. Kohlenstaubzündbrennkammer, die ein aus mehreren Segmenten zusammengesetztes Brennrohr, einen Brenner mit Dralleinrichtung, eine Zündeinrichtung und eine düsenförmige Verengung am Brennrohraustritt enthält, wobei ein durch ein druckfestes Außengehäuse, durch das die heiße Zündzone der Kohlenstaubflamme einschließende Brennrohr und durch eine Trennwand gebildeter Ringraum Lufteintrittsöffnungen aufweist und mittels einer oder mehrerer Rohrleitungen mit düsenförmigem Ende im Bereich des Brenneraustrittes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung zur Einleitung von Luft in den Ringraum (6) tangential verläuft und das kohlenstaubmengenabhängige Längen-Durchmesser-Verhältnis des Brennrohres (2) bei äquivalenten Strömungsverhältnissen

в χ -L = o,8 bis 3,0

D²