DE3309905A1

DE3309905A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbrennen fester brennstoffe, vorzugsweise kohle, in pulverisierter form

Info

Publication number: DE3309905A1
Application number: DE19833309905
Authority: DE
Inventors: Kurt Johanneshov Skoog
Original assignee: K KONSULT; K Konsult Stockholm
Current assignee: STUBINEN UTVECKLING STOCKHOLM SE AB
Priority date: 1983-01-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1984-07-19
Also published as: DE3309905C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstof-
fe, vorzugsweise Kohle, in pulverisierter Form Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, vorzugsweise Kohle, in pulverisierter Form, die unter Bildung einer Emulsion mit einer Trägerflüssigkeit wie Wasser und/oder Ö1 oder dergleichen vermischt sind.
Bei den derzeit bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird die Brennstoffemulsion durch eine düsenartige Öffnung als sich nur unwesentlich öffnender Vollkegel in den Verbrennungsraum eingespritzt mit der Folge, daß die Verbrennung in einer relativ langen Stichflamme erfolgt und daß die Verbrennung relativ unvollständig ist aufgrund der beschränkten freien Brennstoffoberfläche.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs ge- nannten Art zu schaffen, bei dem bzw. bei der die freie Brennstoffoberfläche auf kürzestem Weg maximiert wird, so daß eine praktisch vollständige Verbrennung in extrem kurz gebauten Verbrennungsräumen möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 (verfahrensmäßig) bzw.
des Patentanspruches 11 (vorrichtungsmäßig) gelöst.
Durch die Einleitung der Brennstoffemulsion in den Verbrennungsraum unter Ausbildung eines hohlkegelartigen Strömungsprofils wird auf einfachste Weise eine erhebliche Vergrößerung der freien Brennstoffoberfläche erreicht mit der Folge einer wesentlich vollständigeren Verbrennung im Vergleich zum Stand der Technik (mit vollen Sprühkegeld). Die Ausbildung eines Unterdrucks innerhalb des hohlkegelartigen Strömungsprofils unmittelbar hinter der in den Verbrennungsraum mündenden Eintrittsöffnung bewirkt die Rezirkulation eines Teils der heißen Verbrennungsgase sowie kleiner Reste unverbrannter Brennstoffpartikel zur Eintrittsöffnung, wo sie der in den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoffemulsion beigemischt werden. Die rezirkulierten heißen Verbrennungsgase lösen eine frühere Entflartnung der in. den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoffzision aus, d.h. der Abstand der Flamme vom Brennstoffeintritt wird dadrrch verringert. Der rezirkulierte Rest unverbrannter Brennstoffpartikel wird nachverbrannt. Beide Effekte führen zu einer Verkürzung der Flamme sowie zu einem höheren Verbrennungsgrad. Die Rezirkulation der heißen Verbrennungsgase sowie des Restes unverbrannter Brennstoffpartikel erfolgt natürlich etwa zentral innerhalb des hohlkegelartigen Strömungsprofils, und zwar etwa gleichmäßig über den Umfang des Strömungskegels.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 2 läßt sich relativ problemlos ein Unterdruck im Innern des hohlkegelartigen Strömungsprofils hinter der in den Verbrennungsraum mün- denden Eintrittsöffnung herstellen und auch variieren, wobei gleichzeitig durch diese Maßnahme eine spontane Auffächerung der in den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoffemulsion erzielen läßt, so daß das hohlkegelartige Strömungsprofil eine etwa glocken- bzw. apfelförmige Gestalt annirmtt.
Die Form des Strömungsprofils wird bestimmt durch das Gleichgewicht der auf die Brennstoffemulsion einwirkenden Zentrifugalkräfte und zentralen "Unterdruck"-Kräfte.
Weitere Detailverbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Auf diese wird ausdrücklich hingewiesen. Besonders erwähnenswert sei jedoch noch die Maßnahme nach Anspruch 7, die eine zusätzliche Auffächerung der in den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoffemulsion unmittelbar hinter der in den Verbrennungsraum mündenden Eintrittsöffnung und damit eine zusätzliche Vrgrößerung der wirksaeen Brennstoffoberfläche auf engstem Raum bewirkt. Durch die genannten Maßnahmen wird eine nahezu vollständige und emissionsarme Verbrennung fester Brennstoffe, wie z.B. Kohle, auf kürzester Strecke in Richtung der Achse der Eintrittsöffnung bzw. des Verbrennungsraums erreicht. Die äußere Gasströmung verhindert auch, daß Brennstoffpartikel sich an der Innenwandung des Verbrennungsraumes ablagern und zu Verkrustungen führen.
Wird als Trägerflüssigkeit für die festen pulverisierten Brennstoffe Wasser verwendet, hat die erfindungsgemäß angestrebte Rezirkulation eines Teils heißer Verbrennungsgase zusätzlich den ganz großen Vorteil, daß dabei auch ein Teil dissoziierten Wassers und damit frei gewordener Sauerstoff zentral zur in den Verbrennungsraum mündenden Eintrittsöffnung zurückströmt, wodurch die Verbrennung zusätzlich vom Inneren des hohlen Sprühkegels her initiiert wird.
Die Bedeutung der Erfindung wird augenscheinlich, wenn man bedenkt, wie lange die Brennzeit von z.B. Kohle im Ver- gleich zur Brennzeit von Ö1 oder Holz ist. Entsprechend lang muß der Partikelweg sein, um eine relativ vollständige Verbrennung zu erhalten. Dies bedingt normalerweise die eingangs erwähnten langen Brennräume. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der erforderlich lange Partikelweg durch spontane Auffächerung des hohlen Sprühkegels, Beförderung der Brennstoffpartikel längs einer schraubenförmigen Strömungsbahn und teilweise Rezirkulation auf kürzester Strecke in Richtung der Mittelachse der Brennstoff-Eintrittsöffnung bzw. des Verbrennungsraumes erreicht.
Es sei auch noch erwähnt, daß zum Start der Verbrennung durch die Eintrittsöffnung zuerst reines Ö1 eingespritzt wird, das dann zunehmend mit pulverisierten festen Brennstoffen, z.B. pulverisierter Kohle und ggf. Wasser, vermischt wird. Das öl kann schließlich ganz durch Wasser ersetzt werden.
Die Öleinspritzung beim Start erleichtert die Zündung. Umgekehrt verhält es sich beim Abschalten der Verbrennung.
Es wird zunehmend der pulverisierte Brennstoff weggenommen, bis schließlich nur noch Ö1 als Brennstoff übrig bleibt. Dadurch wird beim Abschalten eine Verklumpung oder Verstopfung der Eintrittsöffnung bzw. Ringdüse vermieden.
Als feste Brennstoffe kommt vornehmlich Kohle infrage, z.B. Steinkohle, bitumenhaltige Kohle, gasreiche Kohle oder ein Gemisch davon.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine graphische Darstellung der Brennzeit sowie freien Brennstoffläche von Ö1, Holz und Kohle in Abhängigkeit von der Partikel- bzw. Tröpfchengrößer Fig. 2 Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Brennerteil) im schematischen Längsschnitt, und Fig. 3 Brennstoff-Ringdüse und Gas-Register des Brenners nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab, und Fig. 4 einen Teil IV des Gas-Registers nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.
Figur 1 läßt erkennen, daß die Brennzeit von Kohlepartikel wesentlich größer ist als die Brennzeit von Holzpartikel oder Öltröpfchen, wobei die Brennzeit-Charakteristik von Kohle, Holz und Ö1 in Abhängigkeit von der Partikelgröße bzw. Tröpfchengröße und damit in Abhängigkeit von der freien Oberfläche pro Volumeneinheit jeweils gleich ist.
Dies bedeutet, daß zur vollständigen Verbrennung von pulverisierter Kohle ein wesentlich längerer Partikelweg erforderlich ist als bei der Verbrennung von z.B. Ö1. Aus diesem Grunde sind die Verbrennungsräume herkömmlicher Kohlebrenner sehr lang gebaut, um die entsprechend lange Stichflamme aufnehmen zu können. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, wie sie oben angegeben sind und wie sie nachstehend nochmals eingehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert werden, läßt sich eine vollständige Verbrennung von pulverisierter Kohle auch auf kürzester Strecke, d.h. bei extrem kurzer Baulänge des Verbrennungsraumes, erreichen.
Der in Figur 2 im schematischen Längsschnitt dargestellte Kohlebrenner weist ein Ring-Düsenmundstück 38 mit einer in den Verbrennungsraum 22 mündenden etwa ringförmigen Eintrittsöffnung 10 auf, deren Spaltweite durch Veränderung der Relativlage der die ringförmige Eintrittsöffnung 10 begrenzenden Seitenwandungen 46, 48 variierbar ist. Die Seitenwandungen 46, 48 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kegelförmig ausgebildet, so daß die Brennstoffemulsion beim Austritt aus der ringförmigen Eintritts- öffnung 10 ein hohlkegelartiges Strömungsprofil erhält, das im weiteren Verlauf eine starke Auffächerung bzw. Aufweitung zu einem glocken- bzw. apfelartigen Profil erfährt.
Das Düsenmundstück 38 ist von einem ersten Gaskanal 50 (siehe Fig. 3) konzentrisch umgeben, deren in den Verbrennungsraum 22 mündende Eintrittsöffnung 12 der Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion benachbart ist.
Durch den Gaskanal 50 strömt eine sogenannte "primäre Primärluft", die mit Verbrennungsgasen höherer Temperatur angereichert sein kann, wobei das aus der Öffnung 12 austretende Gas eine Strämnrgsgeschwindigkeit von 100 bis 200 m/s, vorzugsweise etwa 130 m/s, besitzt. Die die Öffnung 12 begrenzenden Seitenwandungen 46' und 48' (siehe Fig. 3) sind ebenfalls kegelförmig ausgebildet ähnlich wie die die ringförmige Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion begrenzenden Seitenwandungen 46, 48. Unmittelbar vor dem Austritt des "primären Primärgases" wird dieses durch Leitschaufeln 24 um etwa 700 umgelenkt und damit in Rotation um die Längsachse 40 der Eintrittsöffnung 10 bzw.
des Verbrennungsraumes 22 versetzt. Das primäre Primärgas wird in den Gaskanal 50 mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule eingeblasen.
Der Gaskanal 50 wird von einem weiteren Gaskanal 52 konzentrisch umgeben (siehe- Fig. 3), dessen ringförmige in den Verbrennungsraum 22 mündende Eintrittsöffnung 14 ebenfalls durch kegelförmige Seitenwandungen 46" und 48" begrenzt ist (siehe Fig. 3). Die Seitenwandungen 46", 48" sind jedoch so gerichtet, daß sie der aus der Ringöffnung 14 austretenden Gas strömung ein kegelartiges Strömungsprofil aufprägen, das das kegelartige Strömungsprofil der aus der Ringöffnung 10 austretenden Brennstoffemulsion bzw aus der Ringöffnung 12 austretenden Gasströmung durchdringt. Dadurch und durch die Zurückversetzung der Ringöffnungen 10 und 12 gegenüber der Ringöffnung 14 wird durch die aus der Ringöffnung 14 austretende Gasströmung ein Aufbrechen des geschlossenen hohlkegelartigen Strömungsprofils der dann sich bereits in Rotation befindenden Brennstoffemulsion erreicht, also eine zusätzliche Vergrößerung der freien Oberfläche des Brennstoffs kurz nach Austritt aus dem Düsenmundstück bzw. kurz nach Eintritt in den Verbrennungsraum 22 erzielt.
Vor Austritt der den Gaskanal 52 durchströmenden sogenannten "sekundären Primärluft" wird diese ebenfalls durch im Bereich der Ringöffnung 14 angeordnete Leitschaufeln 26 umgelenkt, und zwar um etwa 40 bis 450 zur Längsachse 40 des Düsenmundstücks 38, also in Rotation um die Längsachse 40 versetzt. Die Austrittsgeschwindigkeit der "sekundären Primärluft" beträgt etwa 120 bis 180 m pro Sekunde, vorzugsweise 140 m pro Sekunde. Die Ringspaltweite der Öffnung 14 ist wiederum durch Veränderung der Relativlage der sie begrenzenden Seitenwandungen 46", 48" veränderbar.
In entsprechender Weise ist natürlich die Austrittsgeschwindigkeit der "sekundären Primärluft" variabel. Auch die "sekundäre Primärluft" wird mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule in den Ringkanal 52 eingeblasen. Die Ablenkung der sekundären Primärluft" durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 26 erfolgt in der gleichen Richtung wie die Ablenkung der primären Primärluft" durch die im Bereich der Öffnung 12 angeordneten Leitschaufeln bzw. Leitbleche 24.
Die sekundäre Primärluft" ist vorzugsweise nicht mit heissen Verbrennungsgasen angereichert, da sie weniger als Trägermedium für die in den Verbrennungsraum 22 eingespritzte Brennstoffemulsion dient als vielmehr der Vergrösserung der freien Oberfläche derselben und der Anreicherung bzw. Versorgung der Brennstoffpartikel mit Sauerstoff.
Der das Düsenmundstück 38, den diesen unmittelbar umgebenden Ringkanal 50 und den von der "sekundären Primärluft" durchströmten Ringkanal 52 umfassende Bauteil 54'ist als Ganzes in die Stirnwand 42 des Verbrennungsraumes 22 bzw.
in das noch zu beschreibende Gas-Register 54, 56, 58 (siehe Fig. 3) einsetzbar und somit auch leicht durch ein entsprechendes,etwas modifiziertes Bauteil austauschbar.
Der Gaskanal 52 für die "sekundäre Primärluft" ist wiederum von einem konzentrischen Gaskanal 54, dieser von einem weiteren Gaskanal 56 und dieser schließlich noch von einem Gaskanal 58 jeweils konzentrisch umgeben. Die entsprechenden in den Verbrennungsraum 22 mündenden Ringöffnungen sind in den Figuren 2 und 3 mit den Bezugsziffern 16, 18 und 20 gekennzeichnet. Die Ringkanäle 54, 56, 58 werden selektiv,vorzugsweise von Luft,durchströmt, wobei die Einblasung unter einem Druck von etwa 200 bis 300 mm Wassersäule erfolgt. Vor dem Austritt der Luft aus den ringförmigen Gas- bzw. Luft-Eintrittsöffnungen 16, 18, 20 wird diese durch im Bereich der Öffnungen 16, 18, 20 angeordnete Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28, 30, 32 umgelenkt und somit um die Längsachse 40 in Rotation versetzt, und zwar in derselben Richtung wie die "primäre Primärluft" bzw. "sekundäre Primärluft" durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 24, 26.
Durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28 erfolgt eine Umlenkung der Gasströmung um etwa 700. Die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 30 und 32 bewirken eine Umlenkung der Gasströmung um etwa 40 bis 50° bzw. 0 bis 400. Sämtliche Leitschaufeln bzw. Leitbleche, insbesondere die äußersten Leitschaufeln bzw. Leitbleche 32 sind hinsichtlich ihrer Winkelstellung veränderbar und damit an den zu verbrennenden Brennstoff anpaßbar.
Die Strömungsgeschwindigkeit der aus der Ringöffnung 16 austretenden Luft beträgt beim Start der Verbrennung etwa 40 iii pro Sekunde, bei Vollast etwa 70 m pro Sekunde. Die Strömungsgeschwindigkeit der aus den Ringöffnungen 18 und 20 austretende Luft variiert zwischen 0 m pro Sekunde beim Start der Verbrennung bis 70 m pro Sekunde bei Vollast.
Die Austrittsgeschwindigkeiten der "primären Primärluft" aus der Ringöffnung 12 und der sekundären Primärluft" aus der Ringöffnung 14 bleiben in allen Betriebszuständen zwischen Start und Vollast etwa gleich. Nur die Austrittsmenge bzw. der Durchsatz werden verändert durch entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung der Spaltweiten der Ringöffnungen bzw. Ringspalte 12 und 14. Dabei erfolgt die Veränderung der Spaltweiten der Ringöffnungen bzw.
-spalte 12 und 14 gleichermaßen. Zu diesem Zweck ist ein zwischen den beiden Ringöffnungen bzw. -spalten 12 und 14 angeordnetes Ringmundstück 78, das die beiden benachbarten bzw. einander zugewandten Seitenwandungen 48' und 46" der beiden Ringöffnungen bzw. -spalte 12 und 14 umfaßt, in axialer Richtung bzw. in Richtung der Längsachse 40 hin-und herverschiebbar (Doppelpfeil 82 in Figur 3). Das Ringmundstück 78 ist bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 3 mit dem die beiden Primärluft-Kanäle 50, 52 voneinander trennenden Rohrmantel 80 verbunden, so daß die axiale Verschiebung des Ringmundstückes 78 durch entsprechende Einwirkung auf den Rohrmantel 80 erfolgt. Beim Start wird das Ringmundstück 78 in Figur 3 nach rechts verschoben, so daß die Spaltweiten der Ringöffnungen bzw. -spalte 12 und 14 und damit die Menge der austretenden Primär luft ein Minimum sind. Bei Vollast sind die Verhältnisse umgekehrt, d.h. das Ringmundstück ist in Figur 3 nach links verschoben, so daß die Ringöffnungen bzw. -spalte 12 und 14 maximal geöffnet sind. Entsprechend maximal ist die Austrittsmenge der primären" und n sekundären" Primärluft.
Dank der beschriebenen Anordnung und Ronfiguration der in den Verbrennungsraum 22 mündenden Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion bzw. Eintrittsöffnungen 12, 14, 16, 18, 20 für die eine Rotation der eingespritzten Brennstoff- emulsion bewirkenden Gasströmung bzw. Einzel-Gas strömungen wird im Bereich der Längsachse 40 unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion ein Unterdruck von etwa 400 bis 500 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck sowie im Bereich des stirnseitigen Gas-Registers 16, 18, 20 ein Unterdruck von etwa 40 bis 50 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck aufgebaut. Die genannten Unterdruck-Bereiche sind in Fig. 2 mit den Bezugsziffern 60 und 62 gekennzeichnet. Aufgrund des sich im Zentralbereich der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 aufbauenden Unterdrucks wird ein Rezirkulation 64 eines Teils heißer Verbrennungsgase sowie eines Restes unverbrannter Brennstoffpartikel zur Eintrittsöffnung 10 ausgelöst. Die Rezirkulation 64 erfolgt über den gesamten Umfang des glocken- bzw. apfelförmigen Strömungsprofils 66 (Flammenteil). Die zentral rezirkulierenden etwa 1500 bis 17000C heißen Verbrennungsgase erfahren an der zentralen Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 eine Umlenkung und werden von der eingespritzten Brennstoffemulsion wieder zurück in den Verbrennungsraum 22 mitgerissen. Die heißen Verbrennungsgase bewirken dabei unmittelbar nach dem Austritt der relativ kalten Brennstoffemulsion eine Entflammung derselben, so daß der Verbrennungsvorgang relativ nahe hinter dem Brennstoffeintritt 10 in Gang gesetzt wird. Das äußere Strömungsprofil 66 (Flammenmantel) wird bestimmt durch das Gleichgewicht zwischen den durch die Rotation 68 bedingten Zentrifugalkräften sowie den durch den außerhalb des Strömungsprofils 66 im Bereich 62 der Stirnwand 42 herrschenden Unterdruck bedingten Kräften einerseits und den durch den zentralen Unterdruck im Bereich 60 innerhalb des Strömungsprofils 66 bedingten Gegenkräften andererseits Beim Starten der Verbrennung werden die beiden äußeren Gas- bzw Luftkanäle 56, 58 geschlossen. Die Ringöffnung 16 wird so eingestellt, daß die Geschwindigkeit der austretenden Luft etwa 40 m pro Sekunde beträgt. Das Ringmund- stück 78 wird - wie dargelegt - in Richtung zum Verbrennungsraum 22 hin verschoben, so daß die Ringspalte zwischen den Seitenwandungen 46', 48' sowie 46", 48" verkleinert werden, wodurch die Austrittsmenge der "primären" und "sekundären" Primärluft bei etwas erhöhter Austrittsgeschwindigkeit reduziert wird. Durch die etwas erhöhte Austrittsgeschwindigkeit insbesondere der n sekundären Primärluft" aus der Ringöffnung 14 wird ein hoher Aufbrech-Effekt erhalten. Die Primärluft wird beim Start so aufgeteilt, daß etwa 60 bis 70%, vorzugsweise 90%, derselben aus der dem Brennstoffeintritt 10 am nächsten gelegenen Ringöffnung 12 und nur etwa 30 bis 40%, vorzugsweise 10%, derselben aus der zweitnächsten Ringöffnung 14 ausströmen.
Bei Vollast beträgt bei erhöhter Gesamtmenge der Primärluft das Mengenverhältnis zwischen "primärer Primärluft" und sekundärer Primärluft" etwa 3 : 7. Diese Ausführungen zeigen, daß beim Start eine konzentrierte starke Gasströmung in unmittelbarer Umgebung der Brennstoffemulsion benötigt wird, um diese aufzubrechen und damit die Verbrennung aufgrund der vergrößerten Oberfläche des Brennstoffs bzw. der Brennstoffemulsion leichter in Gang bringen zu können. Die beschriebene Änderung des Mengenverhältnisses zwischen "primärer" und "sekundärer" Primärluft bei gleichzeitiger Änderung der Kapazität bzw. Austrittsmenge insgesamt erhält man in einfacher Weise durch entsprechende Konfiguration des axial beweglichen Ringmundstücks 78, z.B. wie in Figur 2 oder 3 dargestellt (mit etwa trapezförmigem Querschnitt).
Wie die Figuren 2 und 3 erkennen lassen, ist die zentrale Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 mit einer umlaufenden Umlenkrinne 44 versehen zur Unterstützung der Rezirkulation und Beimischung der heißen Verbrennungsgase zu der eingespritzten Brennstoffemulsion.
Die zentrale Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 kann mit einem hitzebeständigen Material beschichtet sein, z.B.
Keramik Vorzugsweise besteht der gesamte Innenkegel 70 des Düsenmundstücks 38 im Bereich der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 aus hitzebeständigem Material, z.B. Keramikro Um ein Aufprallen rezirkulierender Verbrennungsgase und insbesondere noch unverbrannter Partikel auf der zentralen Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 und damit die Gefahr von Ablagerungen oder Verkrustungen auf derselben zu verhindern, kann durch entsprechende Öffnungen in dieser Stirnfläche zusätzliche Luft in den Verbrennungsraum eingeblasen werden, und zwar so, daß die eingeblasene Luft etwa spiralförmig über die zentrale Stirnfläche strömt.
Auf diese Weise kann zum einen der Unterdruck vor der zentralen Stirnfläche eingestellt und variiert werden. Zum anderen hält die zusätzlich zentral eingeblasene Luft (Gas) die rezirkulierenden Verbrennungsgase und Partikel von der genannten Stirnfläche ab. Die Verkrustung derselben wird dadurch sicher vermieden.
Figur 4 läßt die Wirkung der Umlenkung der stirnseitig in den Verbrennungsraum 22 eingeblasenen "RDrations-Luf+" bzw. Sekundärluft erkennen. Durch die durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28, 30, 32 im Bereich der Ringöffnungen 16, 18, 20 bedingten Umlenkung der eingeblasenen Luft strömt diese dicht über die Stirnfläche, wobei an der Rückseite dieser Luftströmung im Bereich 62 ein geringer Unterdruck von etwa AO bis 50 mm Wassersäule entsteht, natürlich in Abhängigkeit von den gewählten Strömungsgeschwindigkeiten. Durch diesen Unterdruck wird das Strömungsprofil 66 der in den Verbrennungsraum 22 eingespritzten Brennstoffemulsion bzw.
der Flammenmantel an die Stirnfläche 42 des Verbrennungsraumes herangezogen wodurch eine zusätzliche Auffächerung bzw. Aufweitung des Strömungsprofils 66 sowie eine zusätzliche Verkürzung der gesamten Flamme erzielt werden.
Gleichzeitig verhindert die rotierende Gasströmung, die in Fig. 4 mit der Bezugsziffer 72 gekennzeichnet ist und die die Rotation 68 (Fig. 2) des Strömungsprofils bzw. der eingespritzten Brennstoffemulsion bzw. der Brennstoffpartikel unterstützt, daß das Strömungsprofil 66 bzw. Brennstoff die Seitenwandung 74 des Verbrennungsraumes 22 berührt und sich Brennstoffpartikel an der Seitenwandung ablagern. In entsprechender weise kann die zusätzliche Luft (Tertiärluft") im Bereich der zentralen Stirnfläche innerhalb des ringförmigen Brennstoffeintritts 10 in den Verbrennungsraum 22 eingeblasen werden, um die erwähnten Effekte zu erzielen.
Wie weiter oben bereits dargelegt worden ist, ist die Ablenkung der radial äußersten Einzel-Gasströmung durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 32 geringer und kann sogar 0 betragen. Dadurch wird ganz erheblich die radiale Ausdehnung des Strömungsprofils bzw. des Flammenmantels 66 beeinflußt. In Fig. 4 ist mit den Doppelpfeilen 76 angezeigt, daß der Winkel der Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28, 30, 32 zur Längsachse 40 variierbar ist.
Bei einer Brennleistung von etwa 5 to Kohle pro Stunde beträgt der Außendurchmesser des einsetzbaren Bauteiles 54 etwa 240 mm und der Außendurchmesser des äußersten Ringkanales 58 etwa 800 bis 900 mm.
Die oben erwähnte Beimischung von Verbrennungsgasen zu der "primären Primärluft" hat zwei Vorteile. Zum einen läßt sich die Brennstoffemulsion längs ihres Weges durch den Kanal 50 vorwärmen. Zum anderen kann eine gewisse Nachverbrennung und damit ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Diese beiden Vorteile wiegen den Nachteil eines geringeren Sauerstoffanteils auf. Dieser Nachteil kann durch Sauerstoffanreicherung der übrigen Einzel-Gasströmungen ("Sekundärluft") problemlos kompensiert werden.
Bei einem Kohle-Wasser-Gemisch als Brennstoff werden vorzugsweise Benetzungsmittel zugesetzt, die eine gleichmäßige Verteilung der Kohlepartikel im Wasser und damit Emulsion gewährleisten.
Sämtliche in den Unterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, vorzugsweise Kohle, in pulverisierter Form Patentansprüche Verfahren zum Verbrennen fester Brennstoffe, vorzugsweise Kohle, Torf od. dgl., in pulverisierter Form, die unter Bildung einer Emulsion mit einer Trägerflüssigkeit, wie Wasser und/oder Öl oder dergleichen, vermischt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Brennstoffemulsion unter Ausbildung eines hohlkegelartigen Strömungsprofils in einen Verbrennungsraum eingeleitet, und daß innerhalb des hohlkegelartigen Strömungsprofils unmittelbar hinter dem Eintritt der Brennstoffemulsion in den Verbrennungsraum ein Unterdruck aufgebaut wird, so daß ein Teil heißer Verbrennungsgase und ggf. ein Rest unverbrannter Brennstoff partikel zum Brennstoffeintritt zurückströmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Brennstoffemulsion unmittelbar nach ihrem Eintritt in den Verbrennungsraum mit einer äußeren, vorzugsweise Sauerstoff angereicherten, Gasströmung beaufschlagt wird, deren Strömungsbahn konzentrisch und schraubenförmig zur Achse der in den Verbrennungsraum mündenden Eintrittsöffnung für die Brennstoffemulsion verläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die äußere Gasströmung in mehrere, vorzugsweise fünf, konzentrische Einzel-Gasströmungen unterteilt wird, deren Strömungsgeschwindigkeiten unterschiedlich sind, vorzugsweise von innen nach außen abnehmen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß mindestens der innersten bzw. dem Brennstoffeintritt am nächsten gelegenen Gasströmung Verbrennungsgase zugemischt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gasströmung bzw. die Einzel-Gasströmungen hinsichtlich Durchsatz und ggf. Geschwindigkeit variierbar sind derart, daß beim Start der Durchsatz minimal und bei Vollast maximal ist, wobei der minimale Durchsatz etwa 20 bis 40% des maximalen Durchsatzes beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die dem Brennstoffeintritt benachbarte Gas strömung bzw.

Einzel-Gasströmung eine maximale Strömungsgeschwindigkeit und die vom Brennstoffeintritt radial weiter entfernt liegenden Einzel-Gasströmungen geringere bis minimale Strömungsgeschwindigkeiten besitzen, wobei zumindest die dem Brennstoffeintritt nächstgelegene Gasströmung eine etwa gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit bei allen Betriebszuständen aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i zu c h n e t , daß die Einleitung der äußeren Gasströmung bzw. der äußeren Einzel-Gasströmungen in den Verbrennungsraum derart erfolgt, daß im Bereich außerhalb des hohlkegelartigen Strömungsprofils ein Unterdruck entsteht, durch den das Strömungsprofil unmittelbar hinter dem Eintritt der Brennstoffemulsion in den Verbrennungsraum eine zusätzliche Aufweitung bzw. Auffächerung erfährt, so daß das Strömungsprofil eine glocken- bis apfelförmige Gestalt annimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die äußere Gasströmung bzw. die äußeren Einzel-Gas strömungen im Bereich der die in den Verbrennungsraum mündende Eintrittsöffnung für die Brennstoffemulsion umfassenden Stirnwand des Verbrennungsraumes in diesen eingeleitet wird, so daß sich über dieser Stirnwand ein das Strömungsprofil anziehender bzw. dieses aufweitender Unterdruck ausbildet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Innern des Strömungsprofils unmittelbar hinter dem Eintritt der Brennstoffemulsion in den Verbrennungsraum ein Unterdruck von etwa 400 bis 600 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck aufgebaut wird, so daß etwa 10 bis 30%, vorzugsweise etwa 20%, der heißen Verbrennungsgase zum Brennstoffeintritt zurückströmen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zum Brennstoffeintritt zentral rezirkulierenden heißen Verbrennungsgase im Bereich des Brennstoffeintritts mittels Umlenkelementen in Richtung radial nach außen umgelenkt werden, so daß sie sich mit der eingespritzten Brennstoffemulsion vermischen.
11. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, vorzugsweise Kohle, in pulverisierter Form, die unter Bildung einer Emulsion mit einer Trägerflüssigkeit, wie Wasser und/oder Ö1 oder dergleichen, vermischt sind, mit einem Verbrennungsraum, in den eine Eintrittsöffnung zum Einleiten der Brennstoffemulsion mündet, und mit einem Gaseintritt zum Einleiten sauerstoffhaltigen Gases, vorzugsweise Luft, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eintrittsöffnung (10) etwa ringförmig ausgebildet und so gerichtet ist, daß ein sich etwa kegelförmig öffnendes Strömungsprofil der austretenden Brennstoffemulsion entsteht, daß diese ringförmige Eintrittsöffnung (10) von mindestens einer weiteren Ringöffnung (12, 14, 16, 18, 20) konzentrisch umgeben ist, durch die das, vorzugsweise Sauerstoff angereicherte, Gas in den Verbrennungsraum (22) so einleitbar ist, daß deren Strömungsbahn konzentrisch und schraubenförmig zur Achse (40) der in den Verbrennungsraum (22) mündenden Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion verläuft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Gas-Eintrittsöffnung (12, 14, 16, 18, 20) Umlenkelemente (Leitschaufeln bzw. Leitbleche 24, 26, 28, 30, 32) aufweist, die die schraubenförmige Strömungsbahn des in den Verbrennungsraum (22) eingeleiteten Gases bedingt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere konzentrische ringförmige Gas-Eintrittsöffnungen (12, 14, 16, 18, 20) vorgesehen sind, wobei mindestens eine der der zentralen Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion nächstgelegenen - vorzugsweise zweitnächsten Gas-Eintrittsöffnung (14) - Gaseintrittsöffnung so ge- richtet ist, daß die entsprechende Gasströmung (34) ein zum hohlkegelartigen Strömungsprofil (36) der Brennstoffemulsion hin gerichtetes ebenfalls etwa hohikegelartiges Strömungsprofil annimmt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die etwa ringförmigen Gas-Eintrittsöffnungen (12, 14, 16, 18, 20) eine Art Gas-Register bilden, wobei aus den beiden der Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion nächstgelegenen Gas-Eintrittsöffnungen (12, 14) Gas höerer Geschwindigkeit (mit etwa 100 bis 200 m/sec aus der der Brennstoff-Eintrittsöffnung 10 nächstgelegenen Gas-Eintrittsöffnung 12 bzw. mit etwa 120 bis 160 m/sec aus der der Brennstoff-Eintrittsöffnung 10 weiter nächstgelegenen Gas-Eintrittsöffnung (14) ausströmt als aus den radial etwas weiter entfernt liegenden Gas-Eintrittsöffnungen (16,18,20).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gas-Eintrittsöffnungen (12, 14, 16, 18, 20) individuell verschließbar bzw. öffenbar sind, wodurch die Gas-Austrittsmenge (Durchsatz) und ggf. die Gas-Austrittsgeschwindigkeit variierbar sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion Teil eines Ring-Düsenmundstücks (38) ist, das längs der Achse (40) der Eintrittsöffnung (10) verschiebbar ist, jedoch vorzugsweise sich in einer Lage befindet, in der die Eintrittsöffnung (10) gegenüber der zugeordneten Stirnwand (42) des Verbrennungsraumes (22) zurückversetzt bzw. vertieft angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß innerhalb der etwa ringförmigen Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion ein Anschluß an eine gesonderte und variierbare Unterdruckquelle vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, d a -d u r c h g e k e n n z e i zu c h n e t , daß die Stirnfläche innerhalb der etwa ringförmigen Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion entweder eben ausgebildet oder mit einer umlaufenden Umlenkrinne (44) zur Unterstützung der Rezirkulation der heißen Verbrennungsgase und unverbrannten Brennstoffpartikel versehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringspaltweite der Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion veränderbar ist ebenso wie die Ringspaltweiten zumindest der beiden der Brennstoff-Eintrittsöffnung (10) nächstgelegenen Gas-Eintrittsöffnungen (12, 14), vorzugsweise jeweils durch Veränderung der Relativlage der die Eintrittsöffnungen begrenzenden Seitenwandungen (46, 48 bzw. 46', 48' bzw. 46", 48").
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontur der Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion kreisförmig, elyptisch, sechseckig oder achteckig ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 5 und/oder 19, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringspaltweiten der beiden der Brennstoff-Eintrittsöffnung (10) nächstgelegenen Gas-Eintrittsöffnungen (12, 14) in gleicher Weise veränderbar sind, vorzugsweise durch Verschiebung eines die beiden benachbarten Seitenwandungen (48', 46") der beiden Gas-Eintrittsöffnungen (12, 14) umfassenden Ringmundstücks (78) in Richtung der Achse (40) der Brennstoff-Eintrittsöffnung (10), wobei das Ringmundstück (78) vorzugsweise Teil des die beiden der Brennstoff-Eintrittsöffnung (10) nächstgelegenen Einzel-Gasströmungen voneinander trennenden Rohr- oder dergleichen -Mantels (80) ist.