DE3105540A1

DE3105540A1 - Verfahren zum zuenden eines als rundbrenner ausgebildeten staub-leistungsbrenners mit zentral im leistungsbrenner angeordnetem staub-zuendbrenner mit pneumatischer haltung der zuendstaubflamme und brenneranordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3105540A1
Application number: DE19813105540
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Adrian
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1981-02-16
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1982-09-02
Also published as: JPS57161419A; GB2098721B; GB2098721A; ZA82897B; AU8041182A

Description

Verfahren zum Zünden eines als Rundbrenner ausgebildeten Staub-Leistungsbrenners mit zentral im Leistungsbrenner angeordnetem Staub-Zündbrenner mit pneumatischer Haltung der Zündstaubflamme und Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden eines als Rundbrenner ausgebildeten Staub-Leistungsbrenners, insbesondere Kohlenstaub-Leistungsbrenners, mit zentral im Leistungsbrenner angeordneten, ebenfalls als Rundbrenner ausgebildetem Staub-Zündbrenner, insbesondere Kohlenstaubzündbrenner, bei dem die Zündenergie'für die Leistungsbrennerflamme von der zentral im internen Rückstromgebiet des Leistungsbrenners gezündeten Zündstaubflamme eingebracht wird und bei dem die Zündstaubflamme stabilisiert wird.

Aufgabe des Staub-Zündbrenners ist es, die sichere Zündung des Leistungsbrenners einzuleiten und gegebenenfalls zu unterstützen, solange die zur Eigenstabilisierung notwendigen Bedingungen noch nicht erfüllt sind oder solange der Brennstoff des Leistungsbrenners nicht in der Lage ist, eine sichere Zündung auch während des Dauerbetriebes sicherzustellen. Dies kann notwendig sein, wenn der Brennstoff nicht zündwillig genug ist, wenn sein Heizwert infolge hohen Ballastanteiles nicht zu einer ausreichend heißen Flamme führt und/oder wenn der Brennstoff für eine sichere Verbrennung nicht genügend aufbereitet ist.

Es ist bekannt, zur Zündung von Kohlestaubflammen Zündbrenner zu verwenden, die als Zündbrennstoff Öl oder Gas benötigen. Gas und Öl sind relativ zündwillige Brennstoffe, so daß zur Stabilisierung der Zündflamme selbst lediglich eine ausreichende Vermischung mit der dem ;

gleichen Brenner aufgegebenen Luftmenge und die Über- _; ■

schreitung der ZUndtemperabur an der F'l;\mm«nwur£«.l notwendig ist. Die zum Erreichen der Zündtemperatur notwendige ZUndenergie liefert normalerweise ein stromab von der Brennermündung stehender Rückwirbel, der heiße Gase ■ aus der Zündflamme entlang der Strahlachse zurückführt. ; Die Verbrennung von Öl und Gas erfolgt recht schnell. Eine relativ kleine Rückwirbelzone, wie sie durch sog. Flammenhalter oder Impeller erzwungen wird, ist ausreichend.

Üblicherweise wird bei einem Rundbrenner der ZUndbrennor in einem zentralen Rohr, welches auch die Luftversorgung sicherstellt, angeordnet. Der Zündbrenner selbst besteht meist aus einer Öl- oder Gaslanze, einem elek- ,

trischen oder ebenfalls mit Gas versorgten Zünder und ;

einer Flammüberwachung. Umgeben ist dieser ZUndbrenner ' .-. vom Kohlestaubrohr des Leistungsbrenners.

Außenherum strömt die Sekundärluft, ebenfalls geführt in einem Rohr, in den B renn er raum. D.lobps außt-r«⁵ ο.Μ·:πιΐ-därluftrohr ist zum Feuerraum hin konisch zu einer

Brennermuffel erweitert. Diese Brennermuffel führt den Sekundärluftstrahl, der wegen des ihm aufgeprägten Dralls an der Wandung der Muffel entlang trichterförmig in den Feuerraum abströmt und sich nach Verlassen der Muffel mit den Gasen des Feuerraums vermischt. Im Inneren des Sekundärluftstrahls steht eine Unterdruckzone, die zur Ausbildung des zur Flammstabilisierung notwendigen Ruckwirbels führt. Außerdem drängt dieser Rückwirbel das aus der Kohlenstaubdüse des Leistungsbreriners austretende Kohlenstaub-Primärluftgemisch in den trichterförmig abströmenden Sekundärluftstrahl ab. Bevor dies jedoch geschieht, muß die Zündung des Kohlenstaubs durch die heißen, aus der brennenden Flamme zurückgesaugten Rauchgase erfolgt sein. Die brennenden Kohleteilchen finden nach dem Eintritt in den Sekundärluftstrom den zur Verbrennung notwendigen Sauerstoff.

.Aus der D-AS 2933o4o ist ein Verfahren zum Zünden einer Kohlenstaub-Rundbrennerflamme bekannt, bei dem die Zündenergie zentral in das interne Rückstromgebiet der Leistungsbrennerflamme von einer gezündeten Staub-Zündflamme eingebracht wird, wobei die Zündflamme mit einem Brennstoff, Insbesondere Kohlenstaub, betrieben wird, der sich von dem als Hauptbrennstoff eingesetzten Kohlenstaub in der Körnung und/oder der Konsistenz unterscheidet .

Eine entsprechende Brenneranordnung mit in dem Leistungsbrenner angeordneten Zündbrenner ist aus der DE-AS 2933o6o bekannt.

Der Aufbau eines Staub-Zündbrenners im Zentralquerschnitt eines- Staub-Leistungsbrenners, Insbesondere in einem Kernrohr eines Leistungsbrenners, kann naturgemäß von gleichen Konstruktionsprinzipien ausgehen, wie sie bei den Leistungsbrennern Verwendung finden. Bei der bekannten Brenneranordnung besitzt der Zündbrenner eine eigene sich konisch erweiternde Brennermuffel innerhalb des Kernrohres.

Weiterhin geht man vielfach davon aus, daß soviel Luft den Kohlestaub-Zündbrenner durchsetzen sollte, wie zur vollständigen Verbrennung der aufgegebenen Kohle notwendig ist. Der gegenüber einer Gas-Öllanze größere Querschnitt für das Primärluft-Kohlestaubgemisch des ZUndbrenners, der Querschnitt für die zur vollständigen Verbrennung des Zündkohlestaubes notwendige Sekundärluft und die als unbedingt notwendig angesehene Brennermuffel in Verlängerung des Sekundärluftrohres führen zusammen zu einem großen äußeren Durchmesser des Zündbrenners; dies ist insbesondere beim Nachrüsten vorhandener Leistungsbrenner von Nachteil, da dann größere Umbauten vorgenommen werden müssen. Auch bei neu su erstolLondon

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Kesselanlagen kann durch die starke Vergrößerung des für die Aufnahme des Zündbrenners erforderlichen Zentralquerschnittes die bekannte Brennergeometrie empfindlich gestört werden, so daß sich in den Feuerräumen bisher' noch nicht bekannte Schwierigkeiten ergeben'können.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,' ein Verfahren anzugeben, bei dem die Stabilisierung der Zündflamme ohne besonderes Bauelement erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stabilisierung der Zündstaubflamme durch Aufprägen eines starken Dralls und einer hohen Geschwindigkeit auf den Sekundärluftstrom des Staub-Zündbrenners erfolgt,.wobei die Sekundärluft des Staub-Zündbrenners und die Tragluft des Zündstaubes nur einen Teil der für die vollständige Verbrennung·notwendigen Luft der Zündflamme zuführen.

Wie bisher bekannt, wird das Primärluft-Zündstaubgemisch dem Zündbrenner in einem zentralen" Rohr zugeführt, in dessen Mitte der Zünder angeordnet ist, z.B. in Form eines kleinen elektrisch zu zündenden Propangasbrenners oder eines elektrischen Zünders in.Form eines Glühstabes oder eines Lichtbogens. Das Primärluft-Zündstaubgemisch tritt mit möglichst geringer Geschwindigkeit aus dem Primärluftrohr aus.

LJm das Primärluftrohr, auch ZUndstaubrohr genannt, i:¹.1. der Sekundärluftquerschnitt angeordnet. Die Luft tritt aus einem engen Ringquerschnitt mit hoher Geschwindigkeit aus. Ihre Menge ist nur ein Bruchteil der Luftmenge, die zur vollständigen Verbrennung des Zündstaubes erfor-· derlich ist. Außerdem wird diesem Sekundärluftstrom ein regelbarer starker Drall aufgeprägt.

Der hohe Impuls führt bei oder nach dem Auflösen dieses im Querschnitt ringförmigen GtrnhLn zu -.'In^v i nhmu; i '"'n Vermischung mit der Umgebung, d.h. mit der beim ZUnd-.-n aus dem Primärluftquerschnitt des Leistungsbrenners mit relativ niedriger Geschwindigkeit austretenden Primärluft und mit der aus dem Sekundärluftquerschnitt des Leistungsbrenners austretenden Luft, deren Menge und Geschwindigkeit den Erfordernissen der Zündung angepaßt werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Zündstaub, insbesondere Zündkohlenstaub, seine zur Verbrennung notwendige Luft nach der Zündung vorfindet.

Der starke Drall des Sekundärluftstrahls des Zündbrenners bewirkt eine trichterförmige Erweiterung des Ringstrahls auch ohne eine feste Brennermuffel, wie sie bei der DE-AS 2933o4o und DE-AS 2933o6o für unbedingt erforderlich gehalten wird, und eine Rückstreuung in der Strahlachse. So wird auch bei relativ kleinem Zünd-

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brennerquerschnitt die Zündenergie aus der brennenden Flamme entlang der Strahlachse zur Flammenwurzel zurückgeführt. ·

Der Drall und die Geschwindigkeit des Sekundärluftstrahles des Zündbrenners müssen einen so starken Impuls aufweisen, daß die trichterförmige "pneumatische Brennermuffel" auch dann erhalten bleibt, wenn bei Inbetriebnahme des Leistungsbrenners dessen Primärluftquerschnitt mit einem Brennstaub-Luftgemisch, insbesondere Kohlenstaub-Luftgemisch, beaufschlagt wird. Die große Mischenergie des ZUndbrenner-Sekundärluftstrahls verbessert darüber hinaus die durch Mischung de.r Zündflamme mit der Flamme des Leistungsbrenners, wenn der Zündbrenner bei schlechten Brennbedingungen des Hauptbrenners zu dessen Zündunterstützung im Dauerbetrieb mitläuft.

Die Erfindung ist nicht nur auf ein Verfahren zum Zünden eines als Rundbrenner ausgebildeten Staub-Leistungsbrenners mit zentral im Leistungsbrenner angeordneten •Staub-Zündbrenner gerichtet, sondern auch auf eine Brenneranordnung zur Durchführung'des Verfahrens. Dabei geht die Erfindung von der Brenneranordnung gemäß der DE-AS ;?933o6o aus. Erfindungsgemäß ist bei dieser Brenneranordnung vorgesehen, daß sich das Sekundärluftrohr geradzylindrisch zum Feuerraum hin öffnet und der in ihm angeordnete Drallschaufelkranz in der Nähe des Luft-

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austrittsquerschnitts angeordnet ist. Andernfalls würde in dem engen Ringquerschnitt die Sekundärluft ein großer Teil der Drallenergie durch Reibung der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Luft verlorengehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßigerweise so geführt, daß die Zündflamme mit einer Luftzalil Im Bereich von o,2-o,8 betrieben wird.

Auch ist es von Vorteil, wenn die axiale Geschwindigkeitskomponente der Verbrennungsluft für die Zündstaubflamme größer als die für die Leistungsbrennerflamme gehalten wird.

Auch ist es wünschenswert, wenn Drall und/oder Geschwindigkeit eingestellt werden können.

Weitere Unteransprüche betreffen vorteilhart^ Ausist a L-tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden, die eine bevorzugte Ausführungsform der Brenneranordnung zeigt.

In der Sekundärluftzuführung (1) eines Leistungsbrenners ist ein Drallschaufelkranz (2) vorg^seh^n, dessen Γ rn 1 "1 schaufeln verstellbar sind. Der Dm I ! ..;ι·ΐι \nf>-1 l.r.-m:·, (.'ι

ist in dem nicht weiter bezeichneten Sekundärluftrohr der Sekundärluftzuführung angeordnet. An' das Sekundärluftrohr' schließt sich eine Brennermuffel (3) an. Die Brennstoff-LuftgemischzufUhrung des Leistungsbrenners ist mit (4)' und die-Brennstof f-Luf tgemischzufUhrung des Zündbrenners ist mit (5) bezeichnet. Dabei'sind das Leistungsstaubrohr (4') und das Zündstaubrohr (5¹) besonders hervorgehoben. Dem Zündbrenner wird Sekundärluft über einen Anschlußstutzen (6) zugeführt und in dem Sekundärluftquerschnitt (7) sind kurz vor dem Austritt Drallschaufeln (8) kranzartig angeordnet. Zentral im Inneren des Primärluftquerschnittes des Zündbrenners ist ein Zünder (9) angeordnet, der eine Luftzuführung (lo) und eine Gaszuführung (11) besitzt. Die Brenneranordnung ist - wie schematisch angedeutet - in der Wandung (12) eines Feuerraumes angeordnet. Der Zentralquerschnitt des Leistungsbrenners ist bei der gezeigten Ausführungsform durch ein den Sekundärquerschnitt (7) des Zündbrenners begrenzendes Sekundärluftrohr (7¹) begrenzt.

Es ist aber auch möglich, daß die Innenbegrenzung der Brennstoff-Lui'tgemischzufUhrung des Leistungsbrenners durch ein Zentralrohr gebildet wird, in das das Sekundärluftrohr (7¹) eingeschoben wird; dies ist insbesondere beim Nachrüsten von Brenneranordnungen mit Kernluftrohr der Fall. Grundsätzlich kommt es dann nur darauf an,

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daß die entsprechenden Querschnitte für Sekundärluft und Primärluft-Brennstoffgemisch ausgebildet sind. Das Zündstaubrohr (5¹) wird mittels des Drallschaufelkranzes (8).vom Sekundärluftrohr (7') zentriert. Die Drallschaufeln des Drallschaufelkranzes (8) sind zweckmäßigerweise so angeordnet, daß die Drallstärke verändert werden kann, um den Brenner den unterschiedlichen Betriebsbedingungen anpassen zu können.

Bei Einsatz von Kohlestaub als Brennstoff kann es je nach Qualität des zur Verfugung stehenden Zündkohlestaubs (Qualiiätsmerkmale sind: Ausmahlung, der Ballast gehalt und der Gasgehalt) zweckmäßig sein, auch dem Primärluft-Zündkohl es taubgemi sch einen Drall aufzuprägen. Dies wurde eine schnellere Vermischung des Staubes mit der Sekundärluft bewirken. Bei der Verwendung von Zündkohlestaub mit schlechten Zündeigenschaften kann es besonders zweckmäßig sein, den Sekundärluft-Drall des Zündbrenners besonders stark einzustellen.

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Claims

Verfahren zum Zünden eines als Rundbrenner ausgebildeten Staub-Leistungsbrenners, mit zentral im Leistungsbrenner angeordnetem Staub-Zündbrenner mit pneumatischer Haltung der Zündstaubflamme und Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Ansprüche

l.\ Verfahren zum Zünden eines als Rundbrenner ausgebildeten Staub-Leistungsbrenners, insbesondere Kohlenstaub-Leistungsbrenners mit zentral im Leistungsbrenner angeordneten ebenfalls als Rundbrenner ausgebildeten Staub-Zündbrenner, insbesondere Kohlenstaub-Zündbrenner, bei dem die Zündenergie für die Leistungsaufnahme von der zentral im internen Rucks troingebiet des Leistungsbrenners gezündeten Zündstaubflamme eingebracht wird und bei dem die Zündstaubflamme stabilisert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung der Zündstaubflamme durch Aufprägen eines starken Dralls und einer hohen Geschwindigkeit auf den Sekundärluftstrom des Staub-Zündbrenners erfolgt, wobei die Sekundärluft des Staub-Zündbrenners und die Tragluft des Zündstaubes nur einen Teil der für die vollständige Verbrennung notwendigen Luft zuführen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zündflamme mit einer Luftzahl im Bereich von o,2-o,8 botrieben wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

' dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Geschwindigkeitskomponente der Verbrennungsluft für die Zünd-

.! staubflamme größer gehalten wird als die des Lei-

■ stungsbrenners.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Drall und/oder die Geschwindigkeit einstellbar gehalten werden.
5. Brenneranordnung, bestehend aus einem Staub-Leistungsbrenner mit Zentralquerschnitt, einem den Zentralquerschnitt umgebenden Leistungsstaubrohr und einem das Leistungsstaubrohr umgebenden Sekundärluftrohr mit einem am Lufteintritt angeordneten Drallschaufelkranz und

aus einem konzentrisch im Zentralquerschnitt des Leistungsbrenners angeordneten Staub-Zündbrenner mit einem zentrisch angeordneten Zünder, einem, konzentrisch zum Zünder angeordneten Zündstaubrohr und einem das Zündstaubrohr umgebenden Sekundärluftrchr mit Drallschaufelkranz,

dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sekundärluftrohr (7¹) geradlinig zum Feuerraum hin öffnet und sein Drallschaufelkranz (8) in der NaHe des Luffaui;-trittsquerschnitts angeordnet ist.

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6. Brenneranordnung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralquerschnitt des Leistungsbrenners von einem Zentralrohr gebildet ist und das Sekundärluftrohr in das Zentralrohr eingeschoben ist.
7. Brenneranordnung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeich_{dadurch gekennzeichnet}, _{daß das} Sekundärluftrohr (7') den Zentralquerschnitt begrenzt.
8. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der Drallschaufelkranz (8) im Sekundärluftrohr (7¹) einstellbar ist.
9. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 5-8,

dadurch bekennzeichnet, daß in dem ZUndstaubrohr (5¹) ebenfalls ein Drallschaufelkranz angeordnet ist.

lo. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 5-9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Drallschaufelkranz (8) des Sekundärluftrohres (7) der Zentrierung des Zündstaubrohrs (5¹) dient.