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Brennkammer für mit Kohlenstaub betriebene Feuerungen Die Erfindung
betrifft eine zylindrische Brennkammer für mit Kohlenstaub betriebene Feuerungen,
in der eine Drehströmung erzeugt wird.
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Es sind Brennkammern bekanntgeworden, die nach Art eines Zyklons arbeiten.
Bei einer dieser Brennkammern wird der Kohlenstaub zusammen mit einem Teil der Verbrennungsluft
der Brennkammer durch einen axial. gerichteten Brenner zugeführt. Die Stirnseite
der Bennkammer, an der sich der Brenner befindet, ist dabei trichterförmig ausgebildet,
um günstige - Einströmverhältnisse zu gewährleisten. Durch zusätzliche fangentiale
Düsen im Mantel der als Drehkörper ausgebildeten Brennkammer wird, in dieser eine
Wirbelströmung erzeugt, die einerseits eine gute Verwirbelung der .Brennstoffteilchen
mit der Verbrennungsluft und andererseits durch die in dieser Wirbelströmung auftretenden
Fliehkräfte eine Abscheidung der_ ausgebrannten Teilchen zur Brennkammerwand in
bewirkt. Die heißen Verbrennungsgase strömen dann. axial aus der dem Brenner gegenüberliegenden
Stirnseite der Brennkammer ab, während die Äscheteilchen 'in einen die Austrittsöffnung
für die Verbrennungsgase konzentrisch umgebenden Aschefangraum ausgetragen werden.
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Bei derartigen Brennkammern ist jedoch die Verweilzeit und Führung
der Kohleteilchen in der Verbrennungszone nur in sehr begrenztem Maße einstellbar.
Außerdem ist die Abscheidung der Ascheteilchen nur unvollkommen, so daß ein Teil
der Verbrennungsrückstände - insbesondere die sehr feinen Teilchen - mit den Verbrennungsgasen
durch die Austrittsöffnung mitgerissen werden. Außerdem ist ein Ansetzen der Verbrennungsrückstände
an den Brennkammerwandungen nur schwer zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu
vermeiden und eine Brennkammer zu schaffen, bei der einmal die Verweilzeit der einzelnen
Kohleteilchen in bestimmten Bereichen beeinflußt werden kann, andererseits ein Ansetzen
der Verbrennungsrückstände an den Brennkammerwandungen vermieden wird und außerdem
eine sichere Abführung der Ascheteilchen derart gewährleistet ist, daß auch kleinste
Teilchen sicher abgeschieden und nicht von den heißen Verbrennungsgasen in die an
die Brennkammer anschließenden Züge mitgerissen werden.
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Die Erfindung geht dabei von einer zylindrischen Wirbelbrennkammer
für Kohlenstaub mit axialer Brennstoffzuführung und axialem Gasaustritt gegenüber
dem Brennstoffeintritt sowie tangential gerichteten Frischluftzuführungen in Form
von Düsen am Mantel der Brennkammer aus. Sie besteht darin, daß der axial angeordnete
Brenner in die Brennkammer hineinragt und eine nach einer Exponentialfunktion trichterförmig
erweiterte Mündung aufweist, die ebenfalls in die Brennkammer hineinragenden Frischluftdüsen
mit unterschiedlichen Winkeln derart gegen die -Achse der Brennkammer geneigt sind,
-daß eine resultierende Strömungskomponente entgegen der Verbrennungsgashauptströmung
entsteht und hinter dem Brenner ein Aschefangraum mit größerer lichter Weite als
die der Brennkammer angeordnet ist.
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Die Frischluftzuführungen im Brennkammermantel können auch zu einer
an sich bekannten schlitzförmigen Düse zusammengefaßt sein, die schräg tangential
entgegen der Verbrennungsgashauptströmung gerichtet ist.
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An Hand einer schematischen Zeichnung sollen Wirkungsweise und Aufbau
eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ragt in die zylindrische
Brennkammer 1 der Brenner 2 hinein, der an seiner Mündung nach einer
Exponentialfunktion trichterförmig erweitert ist. Durch den Schacht 3 wird
über die Düsen 7, 8 und 9 die übrige zur Verbrennung erforderliche
Luft der Brennkammer tangential zugeführt. Da durch die Anordnung dieser Düsen die
Verbrennungsluft eine resultierende Strömungskomponente entgegen der Verbrennungsgashauptströmung
erhält, bildet sich in der Wirbelkammer eine Drehströmung aus. Diese Drehströmung
besteht aus einer äußeren wendelförmig verlaufenden Potentialwirbelströmung im wandnahen
Bereich der Brennkammer und einer inneren wendelförmig und gleichsinnig umlaufenden
Rotationsströmung, jedoch mit entgegengesetzter axialer Strömungskomponente. Ein
Teil der äußeren Potentialwirbelströmung, die in Richtung zum Brenner strömt, wird
über der Brennermündung durch die trichterförmige
Erweiterung desselben
zur Achse der Wirbelkammer hin umgelenkt und strömt von dort in Form einer Rotationsströmung
zum Brennkammerauslaß. Durch diese Rotationsströmung wird auch das einströmende
Kohlestaub-Gas-Gemisch in Rotation versetzt und geht ebenfalls in die Rotationsströmung
über. Die in dieser Rotationsströmung enthaltenen Kohlestaubteilchen werden durch
die Wirkung der Fliehkraft und der dazu gleichgerichteten Schleppkräfte der Gasströmung
in einer Wirbelquelle oberhalb der Mündung des Brenners 2 in Richtung zur Brennkammerwand
ausgetragen und sammeln sich im Bereich zwischen der Potential- und der Rotationswirbelströmung.
Hier erfolgt im wesentlichen die Verbrennung der Kohlestaubteilchen. Die noch brennenden
bzw. die schon verbrannten Teilchen werden dann mit einem Ast der Potentialwirbelströmung
in einem den Brenner konzentrisch umgebenden Aschefangraum 10 ausgetragen, während
die von den Verbrennungsrückständen gereinigten Verbrennungsgase durch die axiale
öffnung 4 die Brennkammer an der dem Brenner 2 gegenüberliegenden Seite verlassen
und in den eigentlichen Kessel strömen.
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Durch das Zusammenwirken einer in die Brennkammer hineinragenden und
erweiterten Brennermündung, mehrerer Frischluftdüsen mit einer resultierenden Strömungskomponente
entgegen der Verbrennungsgashauptströmung und einem Aschefangraum hinter dem Brenner
mit größerer lichter Weite als die der Brennkammer ergeben sich die beschriebenen
Wirkungen, nämlich, daß die Verbrennungsrückstände nicht an die Brennkammerwandung
geschleudert werden, da in der dort herrschenden Potentialumlaufströmung einwärts
gerichtete Kräfte wirken. Außerdem werden auch feinste Verbrennungsrückstände aus
der Hauptströmung herausgeführt und in einen Sammelraum hinter dem Brenner abgeführt.
Durch unterschiedliche Beaufschlagung der Düsen 7, 8 und 9 für die
Frischluft ist es außerdem möglich, die Verweilzeit der Brennstoffteilchen in der
Brennkammer zu beeinflussen.
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Da der Aschefangraum 10 eine größere lichte Weite als die-der eigentlichen
Brennkammer aufweist, hat dieser Aschefangraum ein gewisses Speichervermögen bei
Störung der weiteren Ascheabführung durch den Auslaß 11. Außerdem wird der
durch den Ringspalt zwischen Brennermündung und Brennkammerwand zum -Aschefangraum
hindurchtretende Strömungsast der Potentialwirbelströmung, der mit Asche angereichert
ist, am Boden des Aschefangraumes nach beiden Seiten umgelenkt, so daß damit die
Gefahr eines direkten Zurückströmens in die Brennkammer vermieden wird.
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Die Zahl der Düsen für die Zuführung von Verbrennungsluft ist nicht
auf die im Ausführungsbeispiel dargestellte Anzahl beschränkt. Wesentlich ist jedoch,
daß sich auch bei einer anderen Düsenanzahl eine resultierende Strömungskomponente
entgegen der Verbrennungsgashauptströmung ergibt. Ist z. B., wie in F i g. 2 dargestellt,
nur ein einziger Hilfsgaseinlaß 3' vorgesehen, so kann dieser auch in bekannter
Weise schlitzförmig ausgebildet sein. Er ist jedoch auch entgegen der Verbrennungsgashauptströmung
geneigt anzuordnen.
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Die Brennkammer ist sowohl für trockenen Ascheabzug als auch zum Einschmelzen
von Brennstoffasche geeignet, da durch die Strömungsführung die Temperatur im gesamten
Bereich der Brennkammer genau eingestellt werden kann.
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Die Brennkammer nach der Erfindung weist also den Vorteil auf, daß
der Ausbrand der zugeführten Brennstoffe weitgehend reguliert werden kann und daß
gleichzeitig eine sichere Abführung auch der feinsten Verbrennungsrückstände erreicht
wird, ohne daß ein Festsetzen dieser Rückstände an den Brennkammerwandungen erfolgt.