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Kohlenstaubbrenner
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Dieser Kohlenstaubbrenner eignet sich insbesondere dazu, eine stabile
Verbrennung durchzuführen, wobei der Anteil des bei der Verbrennung entstehenden
NO, CO (Stickoxid, Kohlenmonoxid) und unverbrannten Kohlenstoffes reduziert wird.
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Bei einem Kohlenstaubbrenner (vom in Fig. 1 dargestellten Typ) ist
bekannt, daß er NO in verminderter Menge bildet. Dieser Kohlenstaubbrenner weist
eine Kohlenstaub-Wirbelvorrichtung 2 , die innerhalb eines ersten Rohres 1 konzentrisch
zu diesem an dessen vorderen Ende angeordnet ist, ein konzentrisch um das erste
Rohr 1 angeordnetes zweites Rohr 3 und ein konzentrisch um das zweite Rohr 3 angeordnetes
Brenner-Rohr 4 auf.
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Der Kohlenstaubbrenner mit dem oben erwähnten Aufbau, der geringe
Mengen von NO erzeugt, arbeitet in der Weise, daß Kohlenstaub von @@nem Pr@mär-@uftstrom
durch das erste
Rohr 1 zugeführt und durch die Wirbelvorrichtung
2 am vorderen Ende des ersten Rohres 1 verwirbelt wird, wodurch er vor dem Einblasen
in einen Ofen in eine Wirbelströmung übergeht. Gleichzeitig wird ein zweiter Luftstrom
über das zweite Rohr 3 ohne Verwirbelung und ein dritter Luftstrom durch das Brenner-Rohr
4 ebenfalls ohne Verwirbelung in den Ofen eingeblasen. Der nach Verwirbelung durch
die Wirbelvorrichtung 2 in den Ofen geblasene Kohlenstaub wird entzündet und brennt
dann infolge des Primär-Luftstromes. Es entsteht eine erste Flamme 5 Unverbrannte
Teile des Kohlenstaubes verbrennen infolge eines zweiten und dritten Luftstromes,
die jeweils durch das erste Rohr 1 und das Brenner-Rohr 4 in den Ofen geblasen werden,
um eine zweite Flamme 6 zu bilden. Der Primär-Luftstrom, der zweite Luftstrom und
der dritte Luftstrom sind mengenmäßig voneinander getrennt, und bei Addition der
Mengen ist die Summe gleich der Luftmenge, die zum vollständigen Verbrennen des
Kohlenstaubes nötig ist. Praktisch werden der Primär-Luft strom und der Kohlenstaub
vermischt an der Wirbelvorrichtung 2 so entlang geführt, daß sie sich unmittelbar
mit dem zweiten und dem dritten Luftstrom vermischen und die Verbrennung sofort
stattfindet. Folglich zeigt der Anteil des als Folge der Verbrennung entstehenden
NO keine merkliche Reduzierung.
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Andererseits könnte in einem Staubbrenner mit einem entsprechenden
Aufbau,in dem die unmittelbare Vermischung des Primär-Luftstromes und des Kohlenstaubes
mit dem zweiten und dem dritten Luftstrom durch Herabsetzung der Geschwindigkeit,
mit der der erste Luftstrom und der Kohlenstaub verwirbelt werden, vermieden wird,
eine merkliche Verminderung des Anteils des entstehenden NO beobachtet werden. Die
in dem Ofen gebildete Flamme
könnte jedoch nicht aufrechterhalten
werden und die Stabilität der Verbrennung würde mit der Folge eines Anwachsen des
CO-Anteils und des Anteils an unverbranntem Kohlenstoff verloren gehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile
der bekannten Brenner zu beseitigen und einen Kohlenstaubbrenner zu schaffen, der
dazu geeignet ist, eine stabile Verbrennung mit einer Flamme, die über die gesamte
Zeitdauer der Verbrennung aufrechterhalten wird, durchzuführen, während die Anteile
des entstehenden NO, CO und unverbrannten Kohlenstoffes deutlich herabgesetzt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 gelöst.
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Eine sich nach außen aufweitende Flammen-Führungsplatte ist an dem
vorderen Ende eines ersten Rohres eine Wirbelvorrichtung umgebend befestigt, ein
zweites außerhalb des ersten Rohres konzentrisch zu diesem angeordnetes Rohr ist
nach hinten und nach vorne (axial) bewegbar, um den Zwischenraum zwischen der Flammen-Führungsplatte
und dem vorderen Ende des zweiten Rohres regulieren zu können. Ein außerhalb des
zweiten Rohres konzentrisch zu diesen angeordnetes Brenner-Rohr weitet sich an seinem
vorderen Endbereich nach außen auf, um als Diffusor zu wirken.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
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In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt eines
bekannten Kohlenstaubbrenners, Fig. 2 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen
Kohlenstaubbrenners, Fig. 3 eine Seitenansicht des Kohlenstaubbrenners nach Fig.
2 und Fig. 4 einen vertikalen Teilschnitt durch die Wirbelvorrichtung zur Zerstreuung
des Kohlenstaubes.
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Ein erstes Rohr 1 (Fig. 2 und 3) zur Zuführung des Kohlenstaubes und
eines Primär-Luftstromes in den Ofen weist an seinem vorderen Ende eine konzentrisch
zu diesem angeordnete den Kohlenstaub zerstreuende Wirbelvorrichtung 2 auf.
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Das erste Rohr 1 ist an seinem hinteren Ende über ein Knierohr 9 mit
einem nicht dargestellten Kohlenstaub-Vorratsbehälter und einer Luftquelle verbunden.
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Eine Flammen-Führungsplatte 7, die sich nach außen hin, wie in Fig.
3 dargestellt, aufweitet, ist am vorderen Ende des ersten Rohres 1 angeordnet.
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Die Wirbelvorrichtung 2 des in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen
Kohlenstaubbrenners weist feste, zur Längsachse des ersten Rohres 1 in einem großen
Winkel von ungefähr 350 - 600 geneigte Flügel auf, um so den Kohlenstaub zur Erreichung
einer guten Verbrennung und zur;Aufrechterhaltung der Flamme über eine gesamte Ver-@@@@@@@@@@@@@@@in
@äng@@@oh@ung und in die @@@@@@ @u verteilen. Als eine Folge wird der Kohlenstaub
in dem Primär-Luftstrom schnell mit dem zweiten und dem dritten
Luftstrom
vermischt und die Verbrennung findet unmittelbar statt, so daß der Anteil des entstehenden
NO anwächst. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden Versuche unternommen, den Winkel,
unter dem die Flügel der Wirbelvorrichtung geneigt sind, zu verkleinern. Es wurden
aber keine befriedigenden Ergebnisse beobachtet, weil keine optimale Zerstreuung
des Kohlenstaubes und leine vollständige Verbrennung des Kohlenstaubes in einer
zweiten Flammen-Zone 6 erreicht wurde.
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Erfindungsgemäß wird der Winkel der Flügel 2a der Wirbelvorrichtung
2 in einem Bereich zwischen 250 und 350 gewählt, um den Kohlenstaub homogen bei
niedriger Temperatur und langsam zu verbrennen, ohne ihn zu weit in Längsrichtung
und in die Breite zu verstreuen, so daß der Kohlenstaub optimal in der zweiten Flammen-Zone
6 zz anschließenden Verbrennung verteilt werden kann, während der Anteil des entstehenden
NO abnimmt. Ein zweites Rohr 3 ist außerhalb des ersten Rohres 1 konzentrisch zu
diesem zur Zuführung eines zweiten Luftstromes bewegbar durch eine Führungswand
10a eines Drallgehäuses 10 gehalten angeordnet und mit Justierteilen 11 verbunden.
Das zweite Rohr 3 ist axial nach vorne und nach hinten über die Justierteile 11
bewegbar und damit der Zwischenraum zwischen der Flammen-Führungsplatte 7 und dem
vorderen Ende des zweiten Rohres 3 einstellbar. Ein Brenner-Rohr 4' in Form eines
Diffusors zur Zuführung des zweiten Luftstromes ist außerhalb des zweiten Rohres
3 angeordnet und erweitert sich nach außen an seinem vorderen Endbereich.
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Das zweite Rohr 3 und das Brenner-Rohr 4' sind an ihrem hinteren Ende
mit einer nicht dargestellten Luftquelle durch das Drallgehäuse 10 verbunden. Eine
Anzahl von Schaufeln 8 sind jeweils mit Wellen 12 verbunden. Jede Welle 12 ist drehbar
in dem Drallgehäuse 10 gelagert und mit einem
Hebel 13 verbunden,
wobei jeweils die benachbarten Hebel 13 miteinander durch eine in der Länge verstellbare
Verbindungsstange 14 verbunden sind. Eine der Verbindungsstangen 14 oder einer der
Hebel 13 ist mit einem Verstelltrieb 15 zur Verstellung des öffnungswinkels der
Schaufeln 8 durch Bewegen der miteinander verbundenen Stangen 14 oder der Hebel
13 gekoppelt. Die Schaufeln 8 liefern den über das Drallgehäuse 10 zugeführten und
durch das Brenner-Rohr 4' verwirbelt ausgestoßenen dritten Luftstrom. Die Schaufeln
8 sind in einer geeigneten Anzahl vorhanden und an einem Rotor an seinem Kreisumfang
angeordnet, um den dritten durch das Drallgehäuse 10 zugeführten Luftstrom zu veranlassen,
verwirbelt zu fließen. Der dritte Luftstrom tritt durch das Brenner-Rohr 4' in einer
verwirbelten Strömung aus.
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In dem Kohlenstaubbrenner mit dem oben erwähnten erfindungsgemäßen
Aufbau wird der Kohlenstaub von dem durch das erste Rohr 1 strömenden Primär-Luftstrom
transportiert und strömt durch die Wirbelvorrichtung 2 verursacht verwirbelt und
mit niedriger Geschwindigkeit bei Eintritt in den Ofen. Sobald die Flügel 2a der
Wirbelvorrichtung 2 mit einem kleinen Winkel im Bereich zwischen 250 und 35° angestellt
sind, wird der Kohlenstaub nicht zu weit in Längsrichtung und in die Breite verstreut.
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Gleichzeitig wird der zweite und der dritte Luftstrom daran gehindert,
sich zu schnell mit dem den Kohlenstaub mitführenden Primär-Luftstrom zu vermischen,
da sich die Flammen-Führungsplatte 7 nach außen hin erweitert. Dies hat den Effekt,
daß der zweite und der dritte Luftstrom nach außen von dem ersten Rohr 1 weg geleitet
wird. Folglich kann der Kohlenstaub langsam bei niedrigen Temperaturen infolge des
Primär-Luftstromes verbrennen, um somit eine
erste Flamme 5 an
dem ersten Rohr 1 zu bilden. Die erste Flamme 5 ist durch den geringen Anteil O2
gekennzeichnet.
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Deshalb ist der Anteil des in der Flamme entstehenden NO sehr niedrig.
Die erste Flamme 5 entsteht in erster Linie durch die Verbrennung bei niedriger
Temperatur der flüchtigen Bestandteile des Kohlenstaubes bei O2-Mangel, so daß unverbrannte
Komponenten (Kohlenwasserstoff, NH3, HCN und CO),mit der Tendenz eine Denitrifikation
aus zu lösen,erzeugt werden und mit NO reagieren.
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Folglich wird das NO schließlich zu N2 desoxidiert. Der zweite und
der dritte Luftstrom, die durch die sich nach außen aufweitende Flammen-Führungsplatte
7 von dem ersten Rohr 1 nach außen hinweg geleitet werden, werden durch die Innenwandung
des sich nach außen erweiternden Endbereiches des Brenner-Rohres 4'vom Diffusor-Typ,
geleitet und strömen gleichmäßig aus. Der in dieser Weise strömende zweite und dritte
Luftstrom drückt nahe dem Endbereich der ersten Flamme 5 wesentliche Mengen von
in der Flamme 5 erzeugter Kohle nach innen, so daß die Kohle langsam und mit geringer
Geschwindigkeit brennt, um somit eine zweite Flamme 6 zu erzeugen.
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Bei der langsamen Verbrennung von Kohle bei niedriger Temperatur in
der zweiten Flamme 6 entsteht NO. Die erwähnten, unverbrannten Komponenten werden
ebenso erzeugt und in dem Ofen weit verteilt und sind dort über einen längeren Zeitraum
vorhanden. Folglich wird die Desoxidation des NO durch die vorhandenen unverbrannten
Komponenten begünstigt, so daß die Konzentration der unverbrannten Komponenten vermindert
wird, da die Verbrennung der unverbrannten Komponenten langsam an der Reduktion
der Konzentration des NO beteiligt ist.
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Gemäß der Erfindung ist das zweite Rohr 3 nach hinten und
nach
vorne (axial) bewegbar, so daß der Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des zweiten
Rohres 3 und der Flammen-Führungsplatte 7 eingestellt werden kann.
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Durch Bewegen des zweiten Rohres 3 nach hinten oder nach vorne beim
Verbrennen des Kohlenstaubes kann die Menge des durch das zweite Rohr 3 zugeführten
Luftstromes vermindert oder erhöht werden und zur gleichen Zeit kann die Strömung
des zweiten und des dritten Luftstromes variiert werden. Folglich kann die Verbrennung
der Kohle in der zweiten Flamme 6 auf optimale Bedingungen aus der Sicht der Reduzierung
des NO-Anteiles und des Anwachsens der effektiven Verbrennung gebracht werden.
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Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß die Anordnung, bei der der
Anstell-Winkel der Flügel 2a der Wirbelvorrichtung 2 in einem Bereich zwischen 25°
und 35° liegt, es ermöglicht, den über den Primär-Luftstrom durch das erste Rohr
1 in den Ofen eingeblasenen Kohlenstaub in einem schmalen Bereich zu zerstreuen
und langsam bei niedriger Temperatur in einem Zustand mit geringem Anteil an 03
2 zu verbrennen.
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wobei der Anteil des erzeugten NO herabgesetzt wird. Die Flammen-Führungsplatte
7 bringt den Effekt mit sich, die Flammen 5 und 6 über die Verbrennungsdauer aufrechtzuerhalten.
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Die Anordnung, bei der die sich nach außen aufweitende Flammen-Führungsplatte
7 an dem vorderen Ende des ersten Rohres 1 angeordnet ist und das Brenner-Rohr 4'
die Form eines Diffusors aufweist, leitet den zweiten und den dritten Luftstrom,
die jeweils von dem zweiten Rohr 3 und dem Brenner-Rohr 4 zugeleitet werden, nach
außen von dem ersten Rohr 1 entlang der inneren Wand des vorderen Endbereiches des
Brenner-Rohres 4' hinweg in einen Bereich hinter dem Ende der ersten Flamme 5. Folglich
wird ein
Vermischen des zweiten und des dritten Luftstromes mit
dem Kohlenstaub in dem Bereich der ersten Flamme 5 vermieden, so daß der Kohlenstaub
langsam und bei niedriger Temperatur mit geringem Anteil an 0, 2 verbrennt und die
Bildung von NO in der ersten Flamme 5 aufgrund der Verbrennung des Kohlenstaubes
verhindert wird. Durch die Flammen-Führungsplatte 7 wird ermöglicht, die Flammen
5 und 6 über die Dauer der Verbrennung aufrechtzuerhalten.
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Der zweite und der dritte Luftstrom führt wesentliche Mengen der Kohle
in Strömungsrichtung zu einem Bereich an der Spitze der ersten Flamme 5 mit, um
die Kohle langsam zu verbrennen. Folglich wird die Bildung von NO in der zweiten
Flamme 6 verhindert. Der Kohlenstaub wird durch die Drallerzeugung der Wirbelvorrichtung
2 geeignet verwirbelt und brennt infolge des zweiten und des dritten Luftstromes
über einen weiten Bereich. Folglich kann mit dem Brenner eine Verbrennung mit einem
hohen Effektivitätsgrad ausgeführt und der Anteil des CO und des unverbrannten Kohlenstoffes
merklich reduziert werden.
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Die Anordnung, bei der das zweite Rohr 3 nach hinten und nach vorne
bewegt werden kann, ermöglicht es, den Anteil des zweiten Luftstromes und den Fluß
des zweiten und des dritten Luftstromes in gewünschter Weise zu regeln. Dadurch
kann eine Verbrennung der Kohle und des zweiten und dritten Luftstromes in der zweiten
Flamme 6 unter optimalen Bedingungen aus der Sicht der Reduzierung des Anteils des
entstehenden NO mit einem Ansteigen der Effektivität der Verbrennung durchgeführt
werden. Folglich ist der erfindungsgemäße Kohlenstaubbrenner dazu geeignet, einen
kontinuierlichen Verbrennungseffekt des Kohlenstaubes mit einem hohen Grad an Effektivität
zu erzielen, während der Anteil des entstehenden NO reduziert wird und CO und unverbrannter
Kohlenstoff in verminderten Mengen entstehen.
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Zur Entzündung des Brenners kann ein ölbrenner 16 entsprechend in
dem ersten Rohr 1 und durch das Knierohr 9 hindurchführend angeordnet sein. Der
ölbrenner 16 wird mit einer zwischen dem ersten Rohr 3 und dem Brenner-Rohr 4' und
durch das Drallgehäuse 10 durchgeführten Zündvorrichtung 17 entzündet.
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Der Kohlenstaub und der Primär-Luftstrom werden durch den ölbrenner
in der ersten Phase des Brennvorganges entzündet. Nach Zündung des Kohlenstaubbrenners
wird der ölbrenner abgeschaltet.