DE2905746C2

DE2905746C2 - Brenner für feinkörnige Festbrennstoffe und deren Kombination mit flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen

Info

Publication number: DE2905746C2
Application number: DE19792905746
Authority: DE
Inventors: Günther Dr.-Ing. 6272 Niedernhausen Eckelmann
Original assignee: Pillard Feuerungen 6204 Taunusstein De GmbH
Current assignee: Pillard Feuerungen 6204 Taunusstein De GmbH
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1979-02-15
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE2905746A1; EP0014812A2; EP0014812A3; ES488549A1; EP0014812B1; BR8001040A; DE7904137U1; ATA306579A; AT381782B

Description

35

Die Erfindung betrifft einen Brenner für die Verbrennung feinkörniger Festbrennstoffe und deren Kombination mit flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen, mit einer zentralen Zuführung für die flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffe, die in einer Auslaßdüse endet, ferner mit einem ersten konzentrischen, einen ringförmigen Kanal umgebenden Zufuhrrohr für Verbrennungsluft, dessen Ende innen ein einstellbarer Drallkörper zugeordnet ist, mit einem zweiten konzentrischen Zufuhrrohr für ein Trägergas-Festbrennstoff-Gemisch mit leicht divergenter Ausströmung und mit einem dritten konzentrischen äußeren Zufuhrrohr für Verbrennungsluft mit einem Auslaß für leicht divergente Ausströmung.

Ein Brenner dieser Art ist aus der US-PS 23 35 188 bekannt. Bekanntlich bezeichnet man das Zuführsystem für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffkomponenten als Düsenstock. Bei dem Düsenstock des bekannten Brenners ist an der vorderen Spitze eine Düse angebracht, die mit sie umgebenden spiralförmigen Schaufeln versehen ist, welche einen Drallkörper bilden, welcher direkt auf dem Düsenstock angebracht ist. Weil der Drallkörper auf der zentralen Zuführung festsitzt, ist die Einstellmöglichkeit der Flammenform beschränkt. Der innerste ringförmige Kanal dient einerseits der Führung des Düsenstockes und andererseits der Führung der zum Drallkörper mit den Schaufeln hinströmenden Luft. Der bekannte Brenner ist zwingend für den gemischten Betrieb vorgesehen, was sich auch daraus ergibt, daß der Düsenstock mit der Düse im Zentrum vorhanden sein muß, weil anderenfalls die Funktion des Brenners nicht mehr gewährleistet ist. Wird nämlich der Düsenstock aus dem inneren Kanal herausgezogen, so werden die Schaufeln des Drallkörpers mitentfern L Die strömende Luft hat folglich dann keine Führung mehr.

Zwar kann sich bei dem nach der US-PS bekannten Brenner die Flamme ebenfalls aufweiten, sie kann aber nicht beliebig große Drallkräfte haben, weil sonst das Brennstoffgemisch an den Brennerstein gelangen und dort Zerstörungen hervorrufen könnte. Der bekannte Brenner hat nicht eine axiale Luftführung, sondern nur mit Drallschaufeln ausgestattete Luftkanäle. Somit kann nicht mit einer axialen Strömungskomponente manipuliert werden, so daß die Variationsbreite der Ramme bei dem Brenner nach dieser US-Patentschrift sehr beschränkt ist.

Aus der DE-OS 14 01 932 ist auch ein Brenner für Kohlenstaub und Öl mit mehreren konzentrischen Rohren bekannt Der Grundgedanke bei diesem Brenner besteht darin, daß mit einem Ringschieber Schlitze geöffnet und geschlossen werden sollen, so daß beim Abschalten der Kohlenstaubzufuhr zu einem mittleren Kanal dieser, & h. der Kohlenstaubkanal, für ölbetrieb mit Luft beaufschlagt wird. Dieser sehr einfache Brenner erlaubt nicht eine gute Verbrennung, und die Einstellmöglichkeiten der Flammenform sind äußerst gering. Um den Düsenstock herum fehlen bei diesem Brenner auch Dralleinrichtungen für den Kernluftstrom, die im Mantelrohr für die Mantelluft sowie einlaßseitig an den Schlitzen vorhanden sind. Außerdem befinden sich im rückwärtigen Ende des Brenners Drosseleinrichtungen für die Luftzufuhr.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß bei direkter Anordnung des ausströmungsseitigen Endes der Zufuhrrohre im Feuerraum die Verstellmöglichkeit der Flammenform eine größere Variationsbreite erhält.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen der zentralen Zuführung und dem ersten Zufuhrrohr konzentrisch ein innerstes Mantelrohr unter Begrenzung des den Drallkörper aufweisenden ringförmigen Kanals angeordnet ist. In überraschender Weise kann man damit die Flammenform in erheblich weiteren Bereichen verstellen, denn der Düsenstock kann mit diesem im ersten Mantelrohr axial bewegt werden, beispielsweise aus- und eingefahren werden, wobei das ausströmseitige Ende der Zufuhrrohre direkt im Feuerraum angeordnet ist Durch die Anordnung des Drallkörpers an dem ringförmigen Kanal ist ferner in vorteilhafter Weise eine Luftführung gegeben, die in Kombination mit anderen Luftrichtungskomponenten eine Manipulation der Drallkräfte ermöglicht. Dadurch kann die Flamme in der gewünschten Weise aufgeweitet oder verengt werden. Der in den Ansprüchen verwendete Begriff »feinkörnig« soll im Sinne der Erfindung auch »staub-« und »pulverförmige« Brennstoffe einschließen.

Der Brenner zur Verbrennung feinkörniger fester Brennstoffe allein und in Kombination mit flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen soll für Öfen und wärmetechnische Apparate vorgesehen werden, vorzugsweise für Drehrohrofen, Schwebegaswärmetauscher; Roste und Brennkammern, für die eine weitestmögliche Verstellung der Flammenform auch während des Betriebes zweckmäßig ist. Der verfahrenstechnische Prozeß kann mit dem erfindungsgemäßen Brenner optimal ablaufen, denn es ist möglich, die Brennstoffe in den unterschiedlichen Kombinationen unter Einsatz der

verfügbaren Luftmenge, die teilsals volle Verbrennungsluft, teils jedoch nur als Primärluftanteil über den Brenner geführt werden darf, vollständig zu verbrennen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird auch die Wirtschaftlichkeit des Betriebes durch die optimale Anpassung des Verbrennungsablaufes günstig beeinflußt, weil hierdurch ein geringstmöglicher Brennstoffeinsatz erforderlich ist Es ist auch möglich, Brennstoffe mit mäßigen wärmetechnischen Eigenschaften, z. B. mit wenig flüchtigen Bestandteilen oder sehr hohem Aschegehalt, einzusetzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner kann der Brennstoff unmittelbar nach Austritt aus dem Brenner gezündet werden. Zur Anpassung der Leistung an den jeweiligen Bedarf kann ein hoher Regelbereich für die Brennstoffmenge geboten werden, wobei man sogar die Flammenform insbesondere dann konstant halten kann, wenn das Verhältnis zwischen den verschiedenen Brennstoffarten während des Betriebes verstellt werden 2C muß.

Auch wenn nur in einigen Fällen ein oft sehr kleiner Teil der Verbrennungsluft in Form von Primärluft zur Beeinflussung der Flammenform über das Ausströmsystem geführt werden kann, weil die übrige Verbrennungsluft unkontrolliert aus dem Prozeß nachgeschalteten Kühlern in den Feuerraum einströmt, kann man bei gegebenem Volumenstrom mit dem erfindungsgemäßen Brenner die Ausströmgeschwindigkeit der einzelnen Reinlüftkomponenten, die zur Bildung der Flammenform kombiniert werden, während des Betriebes auf den best geeigneten Wert einstellen. Außerdem kann durch die sehr niedrigen primärluftanteile die Abhitzeverwertung aus dem nachgeschalteten Kühler verbessert werden.

Da die Flammenform bei dem erfindungsgemäßen Brenner nur oder hauptsächlich durch Reinluftströme beeinflußt wird, die beiderseits des Trägergas- Kohlenstaubzufuhrk*nales angeordnet sind, sind die Verstellmöglichkeiten nicht durch den Verschleiß durch Kohlenstaub begrenzt. Es können damit alle Strömungsformen verwirklicht werden, die sich für den speziellen wärmetechnischen Apparat eignen und zur Optimierung des Betriebes führen. Wahlweise kann sogar mit Rückströmu.ig gearbeitet werden. Ferner können auch unsymmetrische Flammenformen durch entsprechende Ausströmsysteme in den Reinluftkanälen erzeugt werden.

Trotzdem ist der Verscr.ieiß in dem erfindungsgemäßen Brenner selbst bei Einsatz sehr abrasiver Brennstoffe wesentlich geringer als bei bekannten Konstruktionen, die sich bereits durch eingeschränkte Einstellmöglichkeiten der Flammenform kennzeichnen. Denn das Trägergas-Festbrennstoff-Gemisch kann in jedem Fall mit niedrigstmöglicher Geschwindigkeit, die gerade noch keine Rückzündung in den Kanal zur Folge hat, zugeführt werden. Dadurch werden auch mit Vorteil die Voraussetzungen für die sofortige Zündung des Brennstoffes verbessert.

Die Anordnung des Kanals für das Trägergas-Festbrennstoff-Gemisch zwischen zwei Reinluftkanälen bat ferner den Vorteil, daß weder bei fortgeschrittenem Verschleiß das Außenmantelrohr durchbrochen wird, noch das zentral eingebaute Brennstoffzufuhrsystem für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe beschädigt 65· werden kann, so daß Unfäffe verhindert werden.

Von besonderer Bedeuiung ist es, daß beim Übereane auf wesentlich andere Brennstoffe die oft stark unterschiedlichen Brenneigenschaften, die bei gleicher Brennereinstellung zu einer wesentlichen Verlagerung der Wärmedarbietung führen würden, durch Versteilung der Flammenform mit Hilfe der Reinluftkomponenten wieder ausgeglichen werden können.

Die Erfindung ist vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß der Drallkörper irn ersten Zufuhrrohr und der Auslaß im dritten Zufuhrrohr als zweiteilige Körper ausgebildet sind, die durch Verstellvorrichtungen axial verschiebbar und/oder verdrehbar sind. Man erreicht dadurch eine freiere Einstellmöglichkeit und ermöglicht damit eine variablere Gestaltung der Flammenform. Außerdem kann bei Obergang auf andere Betriebssituationen, die das Auswechseln von Teilen des Brenners erforderlich machen, die Umrüstung entsprechend schnell vorgenommen werden.

Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn in den das erste und das dritte Zufuhrrohr mit Verbrennungsluft speisenden Anschlußstutze;- Drosselvorrichtungen angeordnet sind. Hiermit kanr. man zusätzlich die Ausströmgeschwindigkeiten der Dralluftmenge bzw. Axialluftmenge während des Betriebes zweckmäßig verändern.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung im einzelnen erläutert Die Zeichnung ist eine schematisierte Schnittdarstellung eines Drehrohrofenbrenners für feste feinkörnige Brennstoffe in Kombination mit flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen. Der Brenner besteht aus dem Einströmteil auf der rechten Seite der Figur, der Kanalführung mit vier konzentrischen Rohren mit einem Stabilisator im Brennstoffkanal und dem links dargestellten Ausströmsystem für die einzelnen Brennstoff- und Luftkomponenten.

Im innersten Mantelrohr 1 befindet sich der Düsenstock als Zuführung für flüssigen und/oder qasförmigen Brennstoff für den Anfahrbetrieb und bei Verteuerung besonders geringwertiger fester Brennstoffe als Stützflamme. Dieses innerste Mantelrohr ist zwischen der als Düst jstock dargestellten zentralen Zuführung und dem ersten Zufuhrrohr konzentrisch angeordnet, welches den ringförmigen Kanal 2 umgibt. Durch diesen konzentrischen Kanal 2 strömt reine Luft zur Erzeugung einer Divergenz- und Rotationskomponente über den Drallkörper 5 aus, der durch eine Verstellvorrichtung 7 betätigt wird.

Radial nach außen wird im nächsten konzentrischen Kanal 3 das Kohlenstaub-Trägerluft- oder -Trägergas-Gemisch mit niedrigstmöglicher Geschwindigkeit zugeführt. Es strömt ohne jeden Einbau am Austritt leicht divergent oder, bei weniger verschleißenden Brennstoffen, über einen Divergenzkörper aus.

Im Außenkanal 4 strömt reine Luft, die über einen Auslaß 6 für leicht divergente Ausströmung in den Ofen geführt wird, der durch eine Verstellvorrichtung 8 betätigt wird.

Durch den mittleren Kohlenstaubkanal 3 vermeidet man mit Vorteil tote Ecken und damit Schwelbrand. Die Volumenströme der Primärluft in den Reinluftkanälen werden im inneren Reinluftkanal 2 für Divergenz und Rotation über die Verstellvorrichtung 7, im äußeren Reinluftkanal 4 für Axialstrom mit schwacher Divergenz über die Verstellvorrichtung 8 geregelt.

Die Austrittsgeschwindigkeiten aus den Reinluftkanälen 2 und 4 wird für Divergenz und Rotation (innerer Reinluftkanal 2) über die Drosselvorrichtung 9 und für Axialstrom mit schwacher Divergenz (äußerer Reinluftkanal 4) über die Drosselvorrichtung 10 eingestellt. Die

veränderlichen Austrittsquerschnitte befinden sich also nur in den Reinluftkanälen 2 und 4.

Im Einströmteil werden durch niedrige Geschwindigkeiten und minimale Umlenkung hohe Standzeiten der Verschleißeinbauten 12 erzielt, die wegen des geringen Trägerlufteinsatzes klein bemessen und in kürzester Zeit ausgewechselt werden können.

Gezeigt ist ferner ein Einbau 11 im Kohlenstaubzuführungskanal 3, der auch ais Stabilisator bezeichnet werden kann, durch welchen aus dem Trägerluftstrom to ausgefallener Kohlenstaub vor dem Austrittsquerschnitt wieder in die Trägerluft eingemischt wird.

Das Außenmantelrohr als drittes Zufuhrrohr wird zweckmäßiger Weise mit einer feuerfesten Ummantelung versehen und dient zugleich der Befestigung des Breiiners im Brennerträger. Dadurch sind alle Einbauten in Betriebsposition des Brenners durch Einschubsy-StCiTiC leicht auswechselbar. Aücii uic Verbchieißeinbauten 12 im Einströmbereich des Trägerluft-Kohlenstaub-Gemisches sind leicht auswechselbar, so daß der Austausch nur minimale Unterbrechungen von wenigen Minuten hervorruft.

Da der Kanal 3 für Trägerluft-Kohlenstaub zwischen zwei Reinluftkanälen 2, 4 liegt, kann für die pneumatische Förderung wahlweise auch ein gasförmiger Hilfsbrennstoff eingesetzt werden, um beispielsweise die Zündung eines Brennstoffes mit besonders geringem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und hohem Aschegehalt zu verbessern. Außerdem wird durch diese Anordnung die Gefahr der Beschädigung des Außenmantelrohres oder der zentralen Zuführung durch besonders abrasiven Brennstoff beseitigt.

Aus diesen Gründen sind auch nach langer Benutzungsdauer die Reparaturkosten gering.

Da die Mischung des festen Brennstoffes mit dem Träeereas im Brenner durch spezielle Einbauten. !! stabilisiert wird, ergibt sich bereits vor Austritt eine vollständige Vermischung der beiden Komponenten, so daß die Zündung wesentlich begünstig; wird.

Die bei dem vorteilhaften Anfahrbetrieb, der stetig und ohne Umbau erfolgen kann, eingesetzte Anfahr-Brennstoffkornponente, die sich zentral im Brenner befindet, wird unter günstigsten Bedingungen zugeführt, so daß Schaden an der feuerfesten Ausmauerung mit Sicherheit vermieden werden.

Der Brenner bietet auch die Möglichkeit, mehrere Kohlenstaubquaiitäten wahlweise in beliebig wechselnden Mengen einzusetzen. Der Übergang auf andere feste Brennstoffe wird erleichtert, weil Verstellmöglichkeiten für die Flanr.nenform in diesem Feuersystem vorbanden sind.

Der Brenner kann für gleichzeitigen Betrieb von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffkomponenten eingesetzt werden. Im gemischten Betrieb wird eine Änderung der Flammenform bei Ausfall einer Brenn-Stoffkomponente vermieden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner für die Verbrennung feinkörniger Festbrennstoffe und deren Kombination mit flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen, mit einer zentralen Zuführung für die flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffe, die in einer Auslaßdüse endet, ferner mit einem ersten konzentrischen, einen ringförmigen Kanal (2) umgebenden Zufuhrrohr für Verbrennungsluft, dessen Ende innen ein einstellbarer Drallkörper (5) zugeordnet ist, mit einem zweiten konzentrischen Zufuhrrohr für ein Trägergas — Festbrennstoff — Gemisch mit leicht divergenter Ausströmung und mit einem dritten konzentrischen äußeren Zufuhrrohr für Verbrennungsluft mit einem Auslaß (6) für leicht divergente Ausströmung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zentralen Zuführung und dem ersten Zufuhrrohr konzentrisch ein innerstes Mantelrohr (1) unter Begrenzung des den Drallkörper (5) aufweisenden ringförmigen Kanals (2) angeordnet ist

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkörper (5) im ersten Zufuhrrohr und der Auslaß (6) im dritten Zufuhrrohr als zweiteilige Körper ausgebildet sind, die durch Verstellvorrichtungen (7,8) axial verschiebbar und/oder verdrehbar sind.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den das erste und das dritte Zufuhrrohr mit Verbrennungsluft speisenden Anschlußstutzen Drosselvorrichvjngen (9,10) angeordnet sind.