DD243075A1

DD243075A1 - Verfahren und anordnung zur verbrennung von niederkalorischem brennstoff

Info

Publication number: DD243075A1
Application number: DD28335084A
Authority: DD
Inventors: Friedrich Bude; Dieter Koritz; Kurt Stroeer; Hartmut Schettler; Peter Voigtlaender
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1987-02-18

Abstract

Zur Erzielung einer Zuendstabilitaet soll mit den vorhandenen Brennern und Feuerraeumen in den Bereich des zuendenden oder brennenden Brennstoffs partiell ein Medium zugefuehrt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemaess entlang dem Ausbrandweg der Brennstoff-Flamme teilweise oder vollstaendig Zusatzluft und/oder Schwachgas steuerbar zugefuehrt wird. Zur Realisierung ist innerhalb der Brennkammer ein Zufuehrungsrohr angeordnet. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Verbrennung von nierkalorischem Brennstoff mit schlechten Zündeigenschaften und langem Ausbrandweg der Brennstoff-Flamme.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Zünden von Kohlenstaubbrennern in Brennkammern von Wärmeerzeugern wird im Brenner das Kohlenstaubfördergasgemisch mit der Verbrennungsluft gemischt, um eine schnelle und kurze Flamme zu erreichen. Dabei sind die unterschiedlichsten Lösungen bekannt, die alle davon ausgehen, daß die Luft und das Brennstoffördergasgemisch dem Brenner zugeführt werden und durch unterschiedliche Öffnungen, z. B. Schlitze, Fächer, Ringsysteme stufenweise gemischt werden, so daß im Bereich des Brenneraustrittes oder im Bereich des Eintrittes des Gemisches in die Brennkammer die Zwangsführung durch Kanäle und Düsen der Luft bzw. des Brennstoffluftgemisches beendet ist. Die weitere Mischung von Brennstoff und Luft erfolgt durch die im Bereich des Brenners und des Brennermundes vorgegebene Strömung bzw. des Dralles oder von Wirbeln, welche eine weitere Mischung außerhalb des Brenners im brennernahen Bereich bewirken.

Insbesondere für Brennstoffe, welche schlecht zünden, sind dabei Verfahren bekannt, bei welchen die Zündung des Primärgemisches bei geringer Luftzufuhr erfolgt und die Luft danach stufenweise im Brenner zugemischt wird, wie z. B. bei den sogenannten NO_x-Brennern.

Für die bisher verbrannten Brennstoffe mit entsprechender Zündstabilität und Reaktionskinetik waren diese Verfahren zur Zündung und zur Verbrennung ausreichend.

Mit der Verbrennung von Kohlen mit immer niedrigerem Heizwert spielt der Bereich der Zündung des Brennstoffeseine besondere Rolle.

Aus diesem Grunde werden Verfahren mit stufenweiser Luftzufuhr besondere Erfolge bei der Zündung zündinstabiler Brennstoffe besitzen, weil für die Zündung nur ein geringer Teil der Luft zur Verbrennung des Feinstaubes notwendig ist. Eine Mehrzufuhr von Luft führt dagegen zur Abkühlung des zündenden Gemisches im Bereich der Zündung.

Brennstoffe, welche sehr schlecht zünden (hohe Reaktionsenergie, lange Brennzeit, langer Brennweg), werden durch Brenner mit vollständiger Luftzufuhr im brennernahen Bereich durch zu viel Luft an einer guten Zündung gehindert. Aus diesem Grunde sind all die genannten Brenner nicht geeignet, um Brennstoffe dieser Art zufriedenstellend stabil zu verbrennen und zu zünden.

Auch das Übereinanderordnen von mehreren Brenneröffnungen mit schrittweiser Luftzufuhr löst nicht das Problem, da während des gesamten Strömungsweges des Brennstoffluftgemisches Luft und Brennstoff äquivalent zur Verbrennungsrate zugeführt

Brennstoffe mit ungünstiger Reaktionskinetik werden nach folgenden Technologien aufbereitet:

1. Trennung der brennbaren Anteile von den Ballastanteilen im Naß-oder Trockenverfahren.

2. Trocknung feuchter Kohlen im Wirbelschichtverfahren.

3. Verbrennung in Wirbelschichtfeuerungen.

4. Vergasung in Wirbelschichtfeuerungen.

Diese Aufbereitungsverfahren erfordern jedoch einen hohen Anlagen-, Energie- und Betriebsführungsaufwand, der in Verbindung mit der Energieerzeugung aus niederkalorischen Brennstoffen eine unzumutbare Selbstkostenerhöhung darstellt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, die Verbrennung von niederkalorischen Brennstoffen mit vorhandenen Feuerräumen und Brennern zu realisieren, ohne daß Zündinstabilitäten eintreten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in den Bereich des zündenden oder verbrennenden Brennstoffes partiell ein Medium zuzuführen.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß entlang dem Ausbrandweg der Brennstoff-Flamme teilweise oder vollständig Zusatzluft und/oder Schwachgas steuerbar zugeführt wird, wobei innerhalb der Brennkammer ein Zuführungsrohr angeordnet

Ausführungsbeispiel

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1: die Anordnung des Luftzuführungsrohres in einem Kohlenstaubbrenner und in der Brennkammer;

Fig.2: die Anordnung des Luftzuführungsrohres zwischen zwei Kohlenstaubbrennern und in der Brennkammer;

Fig.3: die Anordnung von Luftzuführungsrohren innerhalb der Brennkammer im Deckenbereich;

Fig.4: die Anordnung von Luftzuführungsrohren innerhalb der Brennkammer im Feuerungsbereich.

In der Brennkammer 1 ist der Kohlenstaub-Hauptbrenner 2 (als Wirbelbrenner dargestellt) angeordnet, der Kohlenstaub-Fördergaskanal 3, Luftkasten 4 und Dralleinrichtung 13 aufweist. Das Luftzuführungsrohr 5 ist zentrisch aus dem Kohlenstaub-Hauptbrenner 2 herausgeführt und durch die gesamte Brennkammer 1 geführt. Dabei ist das Luftzuführungsrohr 5 entweder in der gegenüberliegenden Brennkammerwand 6 gelagert (Fig. 1) oder in dem gegenüberliegenden Kohlenstaub-Hauptbrenner 7 (spiegelbildlich) angeordnet (Fig.2).

Das Luftzuführungsrohr 5 ist über die Kanäle 8 mit dem Luftkanal 9 verbunden und weist über die gesamte Länge die Öffnungen 10 und die Wärmeleit- und/oder -übertragungselemente 11 auf.

Die Anzahl und die Anordnung der Luftzuführungsrohre 5 ist abhängig von der Brennerkonstruktion, der Brenneranordnung, der Brennkammerkonstruktion, vom Ausbrandweg der Kohlenstaubflamme und/oder von der Fahrweise der Feuerung. Das Luftzuführungsrohr 5 weist an seinem Austritt die ein- und ausschiebbare Reinigungsvorrichtung 12 auf. Der Kanal 8 weist die Stelleinrichtung 16 für die Zusatzluft auf.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Nachdem das Fördergas-Staub-Gemisch des Kohlenstaub-Hauptbrenners 2 mittels Öl- oder Kohlenstaub-Zündbrenner oder elektrischer Zündeinrichtung beim Anfahrvorgang unter Zugabe von Sekundärluft über den Kanal 2 gezündet worden ist, wird die Aufgabe von Kohlenstaub auf den Hauptbrenner gesteigert. Dabei erfolgt nur eine geringfügige Steigerung der Sekundärluftmenge. Da wegen der schlechten Verbrennungsbedingungen sich eine langgezogene Flamme einstellt, wird die für die vollständige Verbrennung notwendige Luft als Zusatzluft gesteuert, über den Kanal 8 zugegeben. Sie strömt in dem durch die Flamme vorgewärmten Luftzuführungsrohr 5 entlang, erwärmt sich dabei und gelangt über die Öffnungen 10 in den Verbrennungsbereich der Flamme. Durch die Dosierung entlang des Brennweges erfolgt dabei die Verbrennung in der Kohlenstaubflamme meist unter örtlichem Luftmangel bzw. bei stöchiometrischem Luftverhältnis bezogen auf die örtliche Verbrennungsrate. Damit ist gewährleistet, daß nur soviel Rauchgas in der Flamme aufgewärmt werden muß, wie Luft zur Verbrennung notwendig ist, und damit werden maximale örtliche Temperaturen zur Stützung der Zündstabilität erreicht. Dabei dienen die sich aufwärmenden Wärmeleit- und/oder Übertagungselemente 11 als Flammenhalter bzw. zur besseren Wärmeübertragung an die Zusatzluft. Je nach Richtungseinordnung der Öffnungen 10 werden mit dem Zusatzluftstrahl 14 die Flammenströmungen umgelenkt, verdrallt oder verwirbelt sowie große Rezirkulationszonen 15 erzeugt.

Bei Verschmutzung und/oder Verschlackung der Öffnungen 10 wird die Reinigungsvorrichtung 12 eingeschoben. Wahlweise erfolgt über Wasser- oder Preßluftdüsen, pinselartige Kratzer oder biegsame Nadeln eine Reinigung.

Es ist auch ohne weiteres möglich, das Luftzuführungsrohr 5 so in der Brennkammer 1 anzuordnen, daß dieses vom Deckenbereich 17 (Fig.3) oder vom Trichterbereich 18 (Fig.4) in die Brennkammer 1 mit Kohlenstaub-Brenneranordnung 19 (als Flachschlitzbrenner) zugeführt ist. Sind eine größere Anzahl Luftzuführungsrohre 5 in der Brennkammer 1 angeordnet, so sind diese in den Sammler 20 einzubinden, der mit dem Luftkanal 8 verbunden ist (Fig. 3 und 4). Entsprechend dem Ausbrandweg der Kohlenstaubflammen in der Brennkammer 1 sind die Luftzuführungsrohre 5 abgestuft, etagenweise, reihenweise und/oder bündelweise angeordnet und auch über Drosselklappen 21 unterschiedlich mit Luft beaufschlagbar.

Zur Verbesserung der Verbrennung durch Vorwärmung der in die Luftzuführungsrohre 5 einzubringenden Zusatzluft sind diese über Luft-Schottenkammern 22 in den Sammler 20 eingebunden (Fig.4).

Die Wirkungsweise ist analog der bisher beschriebenen, wobei über die Luftschottenkammern 22 eine zusätzliche Luftaufwärmung erfolgen kann, welche durch die kompakte Anordnung der Übertragungselemente 11 vor den Öffnungen 10 noch verstärkt wird. Weiterhin wird über Drosselklappen 21 die Luftzufuhr zu den einzelnen Luftzuführungsrohren 5 individuell an den Abbrandverlauf und an die Kohle- und Staubqualität angepaßt.

Über die Luftzuführungsrohre 5 in der Anordnung oder im Brenner ist zur Verbesserung des Verbrennungsregimes Zusatzluft und/oder Schwachgas einbringbar.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1. Keine Unterkühlung im Initialzündbereich, so daß eine stabile Zündung von niederkalorischen Brennstoffen gewährleistet ist.

2. Gesteuerte Zuführung von Zusatzluft entlang dem Ausbrandweg der Brennstoff-Flamme, so daß ein Abreißen der Flamme mit Sicherheit vermieden wird.

3. Einfache Vorwärmung der Zusatzluft durch Anordnung der Luftzuführungsrohre.

4. Günstige Bildung von Rezirkulationswirbeln, Erzeugung zusätzlicher Rezirkulationswirbel in Totraumgebieten.

5. Zuführung von Zusatzluft sichert eine NO_x-arme Verbrennung.

6. Anteil def Primär- und Sekundärluft für Zündung und erste Verbrennungsstufe sowie Anteil der Zusatzluft für weitere Verbrennung ist steuerbar.

7. Sicherung einer minimalen Luftfahrweise am Dampferzeuger mit Erhöhung des Wirkungsgrades und Einsparung von Lüfterund Saugzugleistung.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Verbrennung von niederkalorischem Brennstoff mit schlechten Zündeigenschaften und langem Ausbrandweg der Brennstoff-Flamme, wobei mit dem Brennstoff Primär- und/oder Sekundärluft zugeführt wird, gekennzeichnet dadurch, daß entlang dem Ausbrandweg der Brennstoff-Flamme teilweise oder vollständig Zusatzluft und/oder Schwachgas steuerbar zugeführt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Zusatzluft und/oder Schwachgas stufenweise zugeführt wird.
3. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß Zusatzluft und/oder Schwachgas einseitig zugeführt wird.
4. Verfahren nach Punkt l/gekennzeichnet dadurch, daß Zusatzluft und/oder Schwachgas mehrseitig zugeführt wird.
5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Zusatzluft und/oder Schwachgas etagenweise zugeführt wird.
6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Zusatzluft und/oder Schwachgas reihenweise zugeführt wird.
7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Zusatzluft und/oder Schwachgas bündelweise zugeführt wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb der Brennkammer ein Zuführungsrohr angeordnet ist.
9. Anordnung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr waagerecht in der Brennkammer angeordnet ist.
10. Anordnung nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr als Zentralrohr eines Brenners angeordnet ist.
11. Anordnung nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr als Zentralrohr zwischen zwei Brennern angeordnet ist.
12. Anordnung nach Punkt 10 und 11, gekennzeichnet dadurch, daß in mehreren Brennerebenen Zuführungsrohre angeordnet sind.
13. Anordnung nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß in mehreren Brennerebenen ein Zuführungsrohr versetzt angeordnet ist.
14. Anordnung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr senkrecht in der Brennkammer angeordnet ist.
15. Anordnung nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr vomJDeckenbereich in die Brennkammer geführt ist.
16. Anordnung nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr vom Trichterbereich in die Brennkammer geführt ist.
17. Anordnung nach Punkt 15 und 16, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr teilweise und/oder vollständig in der Brennkammer angeordnet ist.
18. Anordnung nach Punkt 8 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr in einem Luftkasten eingebunden ist* und/oder über Drosselklappen gesteuert drosselbar ist.
19. Anordnung nach Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß der Luftkasten innerhalb und/oder außerhalb der Brennkammer angeordnet ist.
20. Anordnung nach Punkt18und 19, gekennzeichnet dadurch, daß Teile des Luftkastens bis in den Brennerbereich angeordnet sind.
21. Anordnung nach Punkt 18 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß der Luftkasten teilweise oder vollständig als Heizfläche ausgebildet ist und/oder Drosselklappen zwischen den Luftzuführungsrohren aufweist.
22. Anordnung nach Punkt 8 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr teilweise oder vollständig als Heizfläche ausgebildet ist.
23. Anordnung nach Punkt 8 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr Öffnungen und wahlweise Wärmeleit- und Übertragungselemente aufweist.
24. Anordnung nach Punkt 23, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen am Umfang des Zuführungsrohres angeordnet sind.
25. Anordnung nach Punkt 23 und 24, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnung etagenweise angeordnet sind.
26. Anordnung nach Punkt 23 und 24, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen versetzt angeordnet sind.
27. Anordnung nach Punkt 23 bis 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen Austrittsdüsen aufweisen.
28. Anordnung nach Punkt 27, gekennzeichnet dadurch, daß die Austrittsdüsen unter einem Winkel in axialer oder radialer Richtung angestellt sind.
29. Anordnung nach Punkt 8 bis 28, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuführungsrohr mit einer Reinigungsvorrichtung versehen ist.
30. Anordnung nach Punkt 29, gekennzeichnet dadurch, daß die Reinigungsvorrichtung mit einem Medien-Anschluß versehen ist.
31. Anordnung nach Punkt 29, gekennzeichnet dadurch, daß die Reinigungsvorrichtung mit mechanischen Reinigungselementen versehen ist.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen