DE3609622A1

DE3609622A1 - Verfahren zur flammenstabilisierung und verbrennungsintensivierung sowie brenner und dessen verwendung

Info

Publication number: DE3609622A1
Application number: DE19863609622
Authority: DE
Inventors: Yi-Li Chen; Wei-biao FU; Hong-qiao HAN; Wei-sheng Peking Huang; Wen-chao SUN; Jing-Bin Wei; Huan-qing ZHAN
Original assignee: Qinghua University
Current assignee: Qinghua University
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1986-03-21
Publication date: 1986-12-11
Also published as: CN85100050A; CN85100050B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flammenstabilisierung Verbrennungintensivierung eines mit einem Haupteinlaßrohr und Nebenauslaßbohrungen versehenen Brenners.

Es ist bekannt, die Flamme eines Brenners durch die Verwendung von Verwirbelern oder Aufprallkörpern zu stabilisieren. Für flüssige oder gasförmige Brennstoffe funktioniert dies auch befriedigend. Bei der Verbrennung von pulverisierter Kohle, insbesondere bei der

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BOEHMERT & BOEHMERT _- .--..-■

Verbrennung von geringflüchtiger Kohle, Kohle mit einem hohen Aschenanteile und Anthrazitkohle, sind die bekannten Verfahren jedoch nicht wirksam, da die Kohlepartikel bei derartigen Brennern die Hochtemperatur-Rezirkulationszone nicht erreichen, sondern sich lediglich in Bereichen außerhalb der Rezirkulationszone bewegen, wo eine ausreichend hohe Temperatur nicht erreicht wird. Dies wirkt sich ungünstig auf die Erhitzung, die Zündung und die Verbrennung der Kohle aus, die Verbrennungseigenschaften derartiger Brenner sind daher unzureichend.

Es sind weiter Brenner mit nicht verwirbelter Strömung bekannt, die mit einem konischen Diffuser und dem Zustrom von eine Verkokung verhindernder Luft bewirkender, das zentrale Haupteinlaßrohr umgebender Nebeneinlaßbohrungen versehen ist. Der Unterschied der Geschwindigkeiten der Strömungen in dem Haupteinlaßrohr und den Nebeneinlaßbohrungen ist dabei jedoch gering. Obwohl dieser Brenner besser ist als der mit einem Verwirbler arbeitender Brenner oder der mit einem Aufprallkörper versehene Brenner und auch dazu geeignet ist, die Verbrennung zu stabilisieren und ein Verkoken zu verhindern, ist er nicht zur Verbrennung von geringflüchtiger Kohle, von Kohle mit einem hohen Aschenanteil, von Anthrazitkohle oder von einem Kohlen/Wasser-Gemisch geeignet.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen, mit dem geringflüchtige Kohle, Kohle mit hohem Aschenanteil, Anthrazitkohle oder Kohlen/Wasser-Gemische bei stabiler Flamme und hoher Verbrennungsintensität verbrannt werden können.

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BOEHMERT & BOEHMERT ...

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelost durch Einblasen eines Stromes mit hoher Geschwindigkeit durch die Nebeneinlaßbohrungen und eines Brennstoff/Luft-Gemischstromes mit geringerer Geschwindigkeit durch das Haupteinlaßrohr, wobei in die Brennkammer keine besonderen Stabilisatoren vorhanden sind.

Das Verhältnis der Geschwindigkeiten der Ströme bei Verbrennen geringflüchtiger Brennstoffe beträgt mehr als 7:1.

Vorzugsweise wird das Einstellen der Rezirkulationsintensität und der Temperatur der Verbrennung durch Steuern der Strömungsrate und der Geschwindigkeit der Hochgeschwindigkeitsströme durchgeführt.

Als Hochgeschwindigkeitsströme können Luft oder Wasserdampf verwendet werden.

Als Brennstoff/Luft-Gemisch können gasförmige oder flüssige Brennstoffe und Luft, pulverisierte Pechkohle und Luft, pulverisierte, geringflüchtige Kohle und Luft, pulverisierte Kohle mit hohem Anthrazitanteil und Luft, pulverisierte Kohle und Luft oder pulverisierte Holzkohle und Luft verwendet werden.

Der Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Abstand zwischen der Mittellinie der Nebeneinlaßbohrungen und der des Haupteinlaßrohres größer als der halbe Abstand zwischen der Mittellinie des Haupteinlaßrohres und der Innenwand der Brennkammer ist. Dabei sollen die Nebeneinlaßbohrungen parallel zu dem Haupteinlaßrohr verlaufen.

BOEHMERT & BOEHMERT:

Der Brenner nach der Erfidnung kann als Vorbrenner für pulverisierte Kohle oder eines Kohle/Wasser-Gemisches mit einer nicht verwirbelten Strömung oder aber als Hauptbrenner eines kohlebefeuerten Schmelzofens oder aber als kohlenstaubbefeuerter Industrieofen verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabe zeigt:

Fig. 1 den Brenner nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Anordnung des Brenners nach der Erfindung bei Verwendung als Vorbrennkammer.

Der Brenner ist mit einem Haupteinlaßrohr 2 und wenigstens einem, vorzugsweise jedoch einer Mehrzahl von dieses symmetrisch oder asymmetrisch umgebenden Nebeneinlaßbohrungen 3 versehen, wobei im allgemeinen zwei Nebeneinlaßbohrungen 3 ausreichend sind. Der Abstand zwischen der Mittellinie der Nebeneinlaßbohrungen 3 und der des Haupteinlaßrohres 2 sollte dabei großer sein als die Hälfte des Abstandes zwischen der Mittellinie des Haupteinlaßrohres 2 und der Innenwand der Brennkammer 1.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit und ein Brennstoff/Luft-Gemisch mit geringer Geschwindigkeit durch die Nebeneinlaßbohrungen 3 bzw. das Haupteinlaßrohr 2 getrennt voneinander in die Brennkammer 1 einzublasen. Diese beiden mit

BOEHMERT & BOEHMERT _:

einer großen Geschwindigkeitsdifferenz in die Brennkammer eingeblasenen Strömungen bewirken eine Stabilisierung der Flamme. Dabei beträgt die Geschwindigkeit des durch die Nebeneinlaßbohrungen eingeblasenen Stromes ein Mehrfaches der Geschwindigkeit des durch das Haupteinlaßrohr eingeblasenen Stromes (beispielsweise 10 bis 40 m/s); bei Verwendung von gering-flüchtigem Kraftstoff sollte das Verhältnis größer als 7:1 sein, wobei dieses Geschwindigkeitsverhältnis der jeweils zu verbrennenden Kohlensorte anzupassen ist.

Aufgrund des hohen Ladungseffekt des Hochgeschwindigkeitsgasstroms in dem geschlossenen Raum wird die Luft des mit geringer Geschwindigkeit eingeblasenen Kraftstoff/Luft-Gemisches in den Strom mit hoher Geschwindigkeit geführt, wenn sie die Achse ihrer Strömung verläßt, wodurch ein negativer Druckgradient in der Nähe der Achse entsteht und die heißen Verbrennungsprodukte stark rezirkuliert werden, wodurch eine stabile Rezirkulationszone 6 mit hoher Temperatur bewirkt wird. Die Rezirkulationszonenn 6 werden durch ein nicht-mechanisches Verfahren bewirkt. Die Nachteile der mechanischen Verfahren wie die Erosion der Verwirbler und Aufprallplatten, die Stauwirkung und die Trennung und Absetzung von pulverisierter Kohle auf den Stabilisatoren und Welle vermieden. Neben diesen Vorteilen bezüglich des Aufbaus, des Betriebs und der Wartung des vorgeschlagenen Brenners ist es besonders bedeutsam, daß dieser Brenner den vorbekannen Kohlebrennern in der Verbrennungseigenschaft überlegen ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß Kraftstoffpartikel, beispielsweise Kohlenstaubpartikel, sich ganz unterschiedlich gegenüber den bei konventionellen Stabilisatoren bewegen. Aufgrund der großen Trägheit werden die Kohlepartikel

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ihre Vorwärtsbewegung beibehalten und dabei durch die Rezirkulationszone 6, in der eine hohe Temperatur erreicht wird, hindurchdringen. Dies Problem ist bei den vorbekannten KohlStaubbrennern bis heute ungelöst. Bei den Verfahren nach der Erfindung wird eine bessere Kopplung der Konzentrationsverteilung des Kohlenstaubs mit der Hochtemperaturzone bewirkt, was dazu führt, daß die Kraftstoffpartikel das Hochtemperaturgas direkt berührt, was zu einer schnellen Erhitzung, Zündung und Verbrennung führt. Das vorgeschlagene Verfahren tritt somit neben die bekannten Verfahren, bei denen Verwirkler oder Aufprallflächen eingesetzt werden.

Bei Anwendung des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann die Rezirkulationsintensitat und die Temperatur in der Rezirkulationszone willkürlich durch eine Änderung der Strömungsrate und der Geschwindigkeit der Hochgeschwindigkeitsströme bestimmt werden.

Bei Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung können nicht nur gasförmige und flüssige Kraftstoffe sondern auch feste Kraftstoffe verbrannt werden, deren Verbrennung ansonsten schwierig ist. Beispielsweise kann das hier vorgeschlagene Verfahren für einen Vorbrenner (Fig. 4) verwendet werden, wobei gute Verbrennungseigenschaften bewirkt werden. Bei Anwendung des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann die Verbrennung in kalter Luft nicht nur von Pechkohle sondern auch von schlecht fluchtiger Kohle verbessert werden, was einen entscheidenen Durchbruch bei der Verwendung von Kohlenstaub bedeutet. Das Verfahren hat auch eine große Auswirkung auf die Intensivierung der Verbrennung von Braunkohle mit geringem Heizwert und einem hohen Aschenanteil und bei der Verbrennung von Anthrazit.

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Das Verfahren zur Intensivierung und Stabilisierung der Verbrennung nach der Erfindung kann auch in den Hauptbrennern von kohlebefeuerten Schmelzofen verwendet werden, wobei die pulverisierte Kohle dazu dient, die Zündung und die Verbrennung unmittelbar in dem Hauptbrenner zu bewirken, was eine große Auswirkung in der Steigerung der Verbrennungseffizients und der Verbrennungsstabilisierung ohne die Verwendung von Öl für Kohle mit einem hohen Aschenanteil und Anthraziet bedeutet. Das Verfahren kann auch für kohlebefeuerte Brenner in Industrieöfen, der Verbrennung von Holzkohle, Schweröl und Kohle/Wasser-Gemische verwendet werden.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren für einen Vorbrenner zur Zündung in einem Kraftwerk verwendet. Er kann für verschiedene Arten von Öfen einschließlich Öfen mit einem rechteckigen Querschnitt verwendet werden. Dabei wird der Vorbrenner verwendet, um eine Ölflamme zu ersetzen, in dem er den durch die Hauptbrenner gelieferten Kohle/Luft-Ströme zündet und so viel Öl spart.

Dabei wird ein Primärstrom (bestehend aus einem geringflüchtigen Kohlenstaub/Luft-Gemisch) durch die Haupteinlaßröhre 2 eingeblasen und ein Hochgeschwindigkeitsstrom von Dampf (oder Luft) durch die Nebenbohrungen 3 eingeblasen. Dieser erreicht vorzugsweise Schallgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit der beiden Ströme beträgt etwa 17 (bei Luft) und ist bei unterschiedlichen Kohlensorten unterschiedlich groß. Das Verhältnis ist bei Verwendung von geringwertiger Kohle besonders gering. In diesem Beispiel werden zwei Röhren mit einem

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Durchmesser von 5 mm mit den Nebeneinlaßlöchern 3 an dem Boden des Brenners 1 zur Stabilisierung der Flamme und zum Ausblasen der Asche verwendet. Der Dampfdruck beträgt etwa 6 kg/cm . vier Vorbrenner sind an bestimmten Orten in der Ofenwand angeordnet. Mit einer Kohlenzufuhrrate von 800 kg/h für jeden der Vorbrenner kann ein Ofen von 75 T/H für geringflüchtigen Kohlenstaub gezündet werden. Es kann bis zu 98 % Öl gespart werden. Dies führt zu einer ganz besonderen Wirtschaftlichkeit.

Gegenüber den vorbekannten Brennern hat der hier vorgeschlagene Kohlenstaubbrenner die folenden Vorteile:

1. Einfacher Aufbau, geringer Staub, keine Erosion von Metallteilen, Einfachheit des Aufbaus und der Wartung, einfache Verwendung.

2. Gute Verbrennungseigenschaften, deutliche Erhöhung der Temperatur in der Rezirkulationszone (durchschnittlich 300 ⁰C wie sich aus der folgenden Tabelle ergibt), Vorverlagerung der Hochtemperaturzone und der Zündungszone, Eindringen der pulverisierten Kohle in die Rezirkulationszone, einfache Stabilisierung und Intensivierung der Verbrennung, Möglichkeit der Stabilisierung der Verbrennung von geringflüchtiger Kohle in kalter Luft.

3. Einfache Standardisierung.

4. Stufenlose Regelung der Temperatur in der Rezirkulationszone durch Einstellen der Strömungsrate und der Strömungsgeschwindigkeit (dies ist bei anderen Brennern nicht möglich).

BOEHMERT & BOEHMFRT .--.--

5. Möglichkeit der Wahl von Dampf (oder - bei hochflüchtiger Kohle - von mittels Hochdruckventilatoren eingeblasener Luft) als Arbeitsgas für die Hochgeschwindigkeitsströme, was bei Kraftwerken verwendbar ist.

Die vorliegende Erfindung ist dazu geeignet, Energie zu sparen. Sie kann verwendet werden für kohle- oder ölgefeuerte Öfen und dazu beitragen, Kohle und Öl zu sparen.

Die folgende Tabelle gibt das Ausmaß an, um das die Temperatur in der Rezirkulationszone bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung gesteigert werden kann.

Kohlensorte

Yunan,

Rijian Prov. vj = 3.76% A* = 26.58% VF = 3,91% Q₁ = 5445

kCal/kg kalte Luft

Heshan,
Guangxi Prov. Vt = 10.34% A^ = 52.23% VT = 2,5% Q₁ = 2700

kCal/kg kalte Luft

Temperatur in der Rezirkulationszone

Maximaltemperatur

ohne Hoch- mit Hoch- Tempe- ohne Hoch- mit Hoch- Tempe-

geschwin- geschwin- ratur- geschwin- geschwin- ratur-

digkeits- digkeits- erhö- digkeits- digkeits- erhö-

strömung strömung hung strömung strömung hung

mit 20 kg Öl/h

677

mit 12 kg Öl/h

1123

mit 12 kg Öl/h

1095

mit 15 kg Öl/h

560

mit 6 kg Öl/h

1065

mit 15 kg Öl/h

860

mit 20 kg Öl/h

1290

mit 6 kg Öl/h

1274

414

BOEHMERT & BOEHMERT

-M-

	Temperatur in der Rezirkulationszone	mit Hoch- Tempe- geschwin- ratur- digkeits- erhö- strömung hung ohne Öl	271	Maximaltemperatur	mit Hoch- geschwin- digkeits- strömung ohne Öl
Kohlen sorte	ohne Hoch- geschwin— digkeits- strömung mit 20 kg Öl/h	1240	158 273	ohne Hoch- geschwin- digkeits- strömung mit 20 kg Öl/h	1407 23
Kraftwerk Mato V^f = 12.87% aJ = 26.97% VF = 1.65% kalte Luft	969	1174 1207		1174	1204 184 1291 184
Kraftwerk Maanshan V^f = 13.07% A^f =21.1 % V^ = 6.4 % Q₁ = 5635 KCal/kg kalte Luft	1021 934		433	1056 1107
Kraftwerk		952	529		1232 211
Vj= 14.7% Aj = 30 % VT = 1.0% kalte Luft	519	1290	345	1021	1470 263
Baoding Kohle Vj = 15.14% Aj = 30 % Vf = 0.42% kalte Luft	771	1207	1207	1357 150
Kraftwerk Maanshan V*!= 21% kalte Luft	862	1207

Tamperaturerhöhung

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kom-

BOEHMERT & BOEHMERT

bination für die Verwxrklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

BOEHMERT & BOEHMERT -

Bezuqszeichenliste

1 Brenner

2 Haupteinlaßrohr

3 Nebeneinlaßbohrungen

4 Stirnwand

5 Hochgeschwindigkeitsstrom

6 Rezirkulationszone

Claims

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Ansprüche

1·Ι Verfahren zur Flammenstabilisierung und Verbrennungsintensivierung eines mit einem Haupteinlaßrohr und Nebeneinlaßbohrungen versehenen Brenners, gekennzeichnet durch Einblasen eines Stromes mit hoher Geschwindigkeit durch die Nebeneinlaßbohrungen und eines Brennstoff/Luft-Gemischstromes mit geringerer Geschwindigkeit durch das Haupteinlaßrohr, wobei in die Brennkammer keine Stabilasatoren vorgesehen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Geschwindigkeiten der Ströme mehr als 7:1 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einstellen der Rezirkulationsintensitat und der Temperatur der Verbrennung durch Steuern der Strömungsrate und der Geschwindigkeit der Hochgeschwindigkeitsströme .
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Luft oder Dampf als Hochgeschwindigkeitsstrom.

BOEHMERT & BOEH₇ViFRT -\\-
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch aus Luft und einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch aus pulverisierter Pechkohle und Luft besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch aus pulverisierter, geringflüchtiger Kohle und Luft besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch aus pulverisierter Kohle mit hohen Aschenanteile und Luft besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch aus pulverisierter Anthrazitkohle und Luft besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch aus einem Kohle-Wasser-Gemisch und Luft besteht.

BOEHMERT & BOEHMERT -.._":.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch aus pulverisierter Holzkohle und Luft besteht.
12. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Mittellinie der Nebeneinlaßbohrungen (3) und der des Haupteinlaßrohres (2) größer als der halbe Abstand zwischen der Mittellinie des Haupteinlaßrohres (2) und der Innenwand der Brennkammer (1) ist.
13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebeneinlaßbohrungen (3) parallel zu dem Haupteinlaßrohr (2) verlaufen.
14. Verwendung des Brenners nach Anspruch 11 oder Anspruch 13 als Vorbrenner für pulverisierte Kohle oder eines Kohle/Wasser-Gemisches mit einer nicht verwirbelten Strömung.
15. Verwendung des Brenners nach Anspruch 11 oder Anspruch 12 als Hauptbrenner eines kohlebefeuerten Schmelzofens oder als kohlenstaubbefeuerter Industrieofen.