DD247497B1

DD247497B1 - Brenner zur verbrennung vorzerkleinerter zuendschwieriger fester brennstoffe

Info

Publication number: DD247497B1
Application number: DD28872586A
Authority: DD
Inventors: Dietmar Koehler; Wolfgang Adolph
Original assignee: Inst Stahlbeton
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1986-04-03
Publication date: 1988-11-02
Also published as: DD247497A1

Description

Das Durchmesserverhältnis der rohrförmigen inneren Strömungsbegrenzung (J₁ zum Brennstaubkanal d₂ ist erfindungsgemäß mit 1,2 bis 2 fixiert. Die rohrförmige innere Strömungsbegrenzung ist bis zum Brennermund geführt und erfährt in dessen Bereich eine radial nach außen im Winkel von etwa 10° angeordnete Erweiterung und anschließend eine kegelstumpfförmige Verengung. Unter Beibehaltung des genannten erfindungsgemäßen Durchmesserverhältnisses d, zu d₂1,2 bis 2 ist der Brennstaubkanal im Bereich des Brennermundes gleichfalls radial nach außen im Winkel von etwa 10° erweitert. Der innere Sekundärluftzuführungskanal weist am Brennermund einen inneren Drallring mit Leitschaufeln auf, wobei sich dessen innere Begrenzung unmittelbar an der äußeren Begrenzung des Brennstaubkanals befindet. Der äußere Sekundärluftzuführungskanal, der um den inneren Sekundärluftzuführungskanal angeordnet ist, ist mit seiner inneren Begrenzung bis zur äußeren Begrenzung des inneren Drallringes und danach über den Bereich des Brennermundes in der Weise hinausgeführt, daß sich von der Brennerachse aus eine trichterförmige Querschnittserweiterung der inneren Begrenzung ergibt, die an der inneren Begrenzung eines angeordneten äußeren Drallringes endet.

Der äußere Drallring ist gleichfalls mit Leitschaufeln bestückt, die die gleiche Rotationsrichtung der austretenden Verbrennungsluft wie der innere Drallring bewirken.

Die Querschnittserweiterung im Umlenkbereich des Brennstaubeinlaufes, verbunden mit den angeordneten Leitblechen, sichert eine gleichmäßige Brennstoffkonzentration über den Strömungsquerschnitt des Brennstaubkanals, der durch seine kreisringförmige Ausbildung beim weiteren Brennstaubtransport bis zum Brennermund keine Entmischung zuläßt. Um dem Brennstaub eine Vorzugsrichtung zu geben und die Austrittsgeschwindigkeit zu verringern, erfolgt unmittelbar vor dem Brennermund die Erweiterung des Brennstaubkanals. Der kegelstumpfförmige Abschluß der rohrförmigen inneren Strömungsbegrenzung bewirkt für den ausgetretenen Brennstaubeine radiale Selektion und Rezirkulation heißer Verbrennungsgase im Bereich der Brennerachse. Verbunden mit der trichterförmigen Querschnittserweiterung tritt eine weitere Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Brennstaubes auf. Die Sekundärluft wird zur besseren Anpassung an den Verbrennungsablauf zweistufig gemäß der erfindungsentsprechenden Zuführungsanordnung verdrallt zugeführt. Diese verdrallte Zuführung hat dabei eine verbesserte Durchmischung mit dem gezündeten Brennstoff zur Folge. Günstig für die Durchmischung mit den heißen Verbrennungsgasen wirkt die Aufwärmung der äußeren Sekundärluft vor Austritt über die trichterförmige Querschnittserweiterung des Brenners.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Brenner, Fig. 2: Einen Schnitt A-A gem. Fig. 1.

An der Wandung 1 für eine Brennkammer mit beispielsweise 5MW Wärmeleistung ist der Brenner für vorzerkleinerte zündschwierige feste Brennstoffe befestigt. Der Brennstaub wird über einen rohrförmigen Brennstaubeinlauf 2 zugeführt. Der Brennstaubeinlauf 2 ist rechtwinklig zur Achse des Brennstaubkanals 3 angeordnet.

Im Umlenkungsbereich 4 ist der Brennstaubeinlauf 2 im Querschnitt erweitert, so daß eine Vergleichmäßigung der Brennstoff konzentration eintritt. In der Querschnittserweiterung im Umlenkungsbereich 4 des Brennstaubeinlaufes 2 sind zwei Leitbleche 5, jeweils im Winkel von 120° zur Brennstaubeinlaufachse 6, angeordnet.

Im Brennstaubkanal 3 ist eine rohrförmige innere Strömungsbegrenzung 7 vorgesehen, so daß der Brennstaubkanal 3 im Querschnitt kreisringförmig ausgebildet ist. Unter Beibehaltung seiner Vergleichmäßigung und Homogenisierung durchströmt der Brennstaub den Durchflußquerschnitt 8 des Brennstaubkanals 3 bis zum Brennermund 9.

Das Durchmesserverhältnis der rohrförmigen Strömungsbegrenzung 7 d^ zum Brennstaubkanal d₂ beträgt 1,47. Die rohrförmige innere Strömungsbegrenzung 7 ist im Bereich des Brennermundes 9 radial nach außen im Winkel von 10° erweitert und anschließend ist eine kegelstumpfförmige Verengung 10 vorgesehen. Unter Beibehaltung des genannten Durchmesserverhältnisses d! zu d₂ von 1,47 ist der Brennstaubkanal 3 im Bereich des Brennermundes 9 gleichfalls radial im Winkel von 10° nach außen erweitert.

Um den Brennstaubkanal 3 ist die Sekundärluftzuführung radial angeordnet und zwar in Form eines inneren Sekundärluftzuführungskanales 11 und eines äußeren Sekundärluftzuführungskanales 12. Der innere Sekundärluftzuführungskanal 11 weist am Brennermund 9 einen inneren Drallring 13 mit Leitschaufeln auf. Die innere Begrenzung des Drallringes 18 gefindet sich unmittelbar an der äußeren Begrenzung des Brennstaubkanals 3. Der äußere Sekundärluftzuführungskanal 12 ist mitseinerinneren Begrenzung 14 bis zur äußeren Begrenzung des Drallringes 13 und mit seiner äußeren Begrenzung 15 auf der der äußere Drallring 16 angeordnet ist, bis in die Brennkammer geführt, wobei sich bei Beibehaltung des Außendurchmessers eine trichterförmige Querschnittserweiterung der inneren Begrenzung 14 ergibt. Der äußere Drallring 16 ist gleichfalls mit Leitschaufeln bestückt.

Die Brennstaubführung im Brenner schafft auch mit ballastreichen und zündschwierigen Brennstoffen durch hohe Brennstaubkonzentrationen und geringe Geschwindigkeiten am Brennermund günstige Bedingungen für eine stabile Zündung.

Dabei wirkt die radiale Selektion, in deren Folge eine Anreicherung des zündfreudigen Feinststaubes zur Brennerachse erfolgt, fördernd auf die Ausbildung eines stabilen Zündgebietes ohne Stützfeuerung.

Nach Brennstoffaustritt bewirkt die radiale Erweiterung in zwei Richtungen eine starke Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Rezirkulation heißer Verbrennungsgase. Unter diesen Bedingungen wird eine schnelle Aufwärmung des Brennstoffes auf Zündtemperatur und Durchzündung auch bei hohen Grobkorn- und Ascheanteilen gesichert.

Vorteilhaft ist weiterhin die erreichte homogene Verteilung des Brennstaubes im Brenner. Dadurch wird eine Stränenbildung vermieden und ein hoher Brennstoffausbrand erreicht. Die Zuführung der Sekundärluft in 2 Stufen ermöglicht die Kühlwirkung für den gezündeten Brennstoff zu begrenzen und im Zusammenhang mit der äußeren trichterförmigen Erweiterung des Brenners die Verbrennung der chemischen Reaktion angepaßt zu stabilisieren und zu fördern. Günstig für den vollständigen Ausbrand des Brennstoffes bei geringem Luftüberschuß ist dabei die Aufwärmung und verdrallte Zuführung der Sekundärluft in einer 2. Stufe.

Durch die hohe Energiedichte besitzt der Brenner geringe Abmessungen.

Claims

Brenner zur Verbrennung vorzerkleinerter zündschwieriger fester Brennstoffe mit rohrförmigen! Brennstaubeinlauf und querschnittserweitertem Umlenkungsbereich, Brennstaubkanal, Sekundärluftzuführung und Dralleinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Umlenkungsbereich (4) des Brennstaubeinlaufes (2) zum Brennstaubkanal (3) Leitbleche (5) angeordnet sind, die jeweils im Winkel von 120° zur Brennstaubeinlaufachse (6) stehen, daß die rohrförmige innere Strömungsbegrenzung (7) des Brennstaubkanales (3) mit konstantem Durchmesser bis zum Brennermund (9) geführt ist, wobei der kreisringförmige Durchflußquerschnitt (8) des Brennstaubkanales (3) ein Durchmesserverhältnis di zu d₂1,2 bis 2 besitzt und die innere Strömungsbegrenzung (7) und der Brennstaubkanal (3) ab dem Bereich des Brennermundes (9) radial nach außen je im Winkel von etwa 10° querschnittserweiternd geführt sind, daß nach dem Austritt des Brennstaubes eine radiale Erweiterung des Strömungsquerschnittes in beiden Richtungen vorgesehen ist und daß eine mittels kreisringförmiger Anordnung eines inneren und eines äußeren Sekundärluftzuführungskanaies (11,12) um den Brennstaubkanal (3) zweigeteilte Sekundärluftzuführung vorgesehen ist, wobei der äußere Sekundärluftzuführungskanal (12) mit seiner äußeren Begrenzung (15) bis in die Brennkammer geführt ist und eine trichterförmige Querschnittserweiterung der inneren Begrenzung (14) aufweist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft die Verbrennung vorzerkleinerter zündschwieriger fester Brennstoffe, insbesondere mit hohen Grobkorn- und Ascheanteilen sowie mit geringem Gasgehalt in Brennkammern für Kesselanlagen und Industrieöfen mit hohem Kühleffekt und relativ geringen Verbrennungsleistungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Verbrennung vorzerkleinerter bzw. staubförmiger Brennstoffe sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die einen Einsatz hochwertiger Brennstoffe, eine hohe Wärmeleistung sowie eine ständige Stützfeuerung verlangen. So beruhen die bekannten Verfahren in Großkraftwerken auf der hohen Wärmeleistung der Brennkammer und dem notwendigen gleichzeitigen Betrieb mehrerer Brenner in einer Feuerungsanlage bzw. auf dem ständigen Betreiben von Stützfeuerungen. Dabei treten Betriebsprobleme hinsichtlich Brennstoffzündung und -ausbrand durch mindere Brennstoffqualitäten, beispielsweise durch inhomogen gemahlene Stäube mit hohem Grobkornanteil und hohem Aschegehalt, auf. So können bisher nur Brennstoffe mit einem Aschegehalt bis 15% stabil verbrannt werden. Nach DD-WP 207119 IPC F23 D1 /00 ist eine Vorrichtung bekannt, die an stark gekühlten Brennkammern über ein relativ großes Zentralrohr ein Kohlenstaub-Luft-Gemisch mit hoher Geschwindigkeit einführt und dieses danach mit der weiteren Verbrennungsluft, die über einen Drallkranz zugeführt wird, ohne Stützfeuerung verbrennt.

Mit der genannten Vorrichtung wird nur eine Konzentration von 0,75kg Brennstoff/m³ Luft am Brennermund erreicht. Dabei ist eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes am Brennstoffaustritt des Brenners — Mündung des Zentralrohres — nicht erreichbar, und der Verbrennung sind durch die einstufige Sekundärluftzuführung und die fehlende Ausbildung eines Brennermundes sowie eines zündstabilisierenden äußeren Kegelstumpfes Grenzen gesetzt. Mit dieser Vorrichtung können keine zündschwierigen Brennstoffe mit hohem Grobkorn- und Aschegehalt, wie z. B. aus Feinsteinkohle gewonnener Steinkohlenstaub verbrannt werden.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, die Nachteile des geschilderten Standes der Technik zu vermeiden und einen Brenner für vorzerkleinerte, zündschwierige feste Brennstoffe zu entwickeln, mit dem vor allem Brennkammern mit geringen Verbrennungsleistungen und hohem Kühleffekt wirtschaftlich betrieben werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zur Verbrennung vorzerkleinerter fester Brennstoffe mit einer inhomogenen und groben Körnung sowie Aschegehalten bis 40% und einem Anteil an Flüchtigem bis unter 15% in Brennkammern für Kesselanlagen und Industrieöfen mit relativ geringen Verbrennungsleistungen und hohem Kühleffekt zu entwickeln, der ohne Stützfeuerung eine stabile und vollständige Verbrennung garantiert. Die Aufgabe wird wie folgt gelöst:

Ein an sich bekannter rotationssymmetrisch ausgebildeter Brenner mit rohrförmigen! Brennstaubeinlauf, Brennstaubkanal und Sekundärluftzuführung ist erfindungsgemäß mit einer Querschnittserweiterung des Brennstaubeinlaufes im Umlenkungsbereich zum Brennstaubkanal, mit der Anordnung einer rohrförmigen Strömungsbegrenzung im Innern des Brennstaubkanales und dessen im Querschnitt kreisringförmigen Ausbildung sowie mit je einem jeweils kreisringförmig um den Brennstaubkanal angeordneten inneren und äußeren Sekundärluftzuführungskanal versehen. In der Querschnittserweiterung des Brennstaubeinlaufes sind Leitbleche jeweils im Winkel von 120° zur Brennstaubeinlaufachse angeordnet.