DE69732341T2

DE69732341T2 - Brenner

Info

Publication number: DE69732341T2
Application number: DE69732341T
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Kure-shi Tsumura; Kenji Kure-shi Kiyama; Tadashi Kure-shi Jimbo; Shigeki Hiroshima-shi MORITA; Kouji Kure-shi Kuramashi; Kunio Kure-shi OKIURA; Shinichiro Kure-shima NOMURA; Miki Kure-shi MORI; Noriyuki Kure-shi OHYATSU; Noboru Kure-shi TAKARAYAMA; Toshihiko Kure-shi MINE; Hironobu Hitachi-shi Kobayashi; Hirofumi Hitachi-shi Okazaki
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: ID17830A; TW350905B; AU2650097A; CA2231403A1; RU2153129C2; ATE327476T1; WO1998003819A1; JP3892046B2; EP1335164A1; EP0852315A1; JP2007057228A; DE69735965T2; EP0852315A4; CN1154800C; DE69735965D1; US6237510B1; ATE288051T1; DK1335164T3; CZ291734B6; DE69732341D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Verwendung in einer Verbrennungsvorrichtung, wie einem Heißwasserspeicher, einem Heizofen oder einem Heißwinderzeugungsofen.
Ein Brenner des beschriebenen Typs umfaßt eine Gemischdüse, die einen Fluidgemischkanal definiert, durch die ein Fluidgemisch, das einen festen Brennstoff und zu Transportzwecken ein primäres Gas enthält, zu einem Ofen strömt, und eine Gaszufuhrdüse, die einen Gaskanal definiert, durch den ein sekundäres Gas oder ein sekundäres und ein tertiäres Gas strömen. Das sekundäre und das tertiäre Gas strömen so, daß sie das Gasgemisch umgeben. Ein Ölbrenner ist zu Entzündungszwecken in der Gemischdüse vorgesehen.
Bei einem herkömmlichen Brenner ist ein Flammenstabilisatorring in der Nähe des Auslaßendes der Gemischdüse vorgesehen, und das sekundäre und das tertiäre Gas werden durch wirbelerzeugende Vorrichtungen verwirbelt und über die Gaszufuhrdüsen eingespritzt.
Während des Betriebs des Brenners wird in der Nähe des Auslasses der Gemischdüse ein Reduktionsbereich einschließlich eines Zündbereichs und eines entzündungsfreien Bereichs im Inneren des Zündbereichs gebildet, und ferner wird ein den Reduktionsbereich umgebender luftreicher Bereich gebildet, der eine größere Sauerstoffmenge enthält. Durch Verbessern der Verbrennungsrate im Reduktionsbereich kann eine Verbrennung realisiert werden, bei der wenig NOx entsteht.
In jüngster Zeit mußten Brenner eine Verbrennung realisieren, bei der wenig NOx entsteht, und sie mußten auch eine hohe Kapazität aufweisen. Dadurch wurde der Durchmesser der Gemischdüse der Brenner größer.
Bei einer Vergrößerung des Durchmessers der Gemischdüse wird der Zündbereich des Reduktionsbereichs entsprechend relativ verkleinert. Dadurch wird eine Verbrennung, bei der wenig NOx entsteht, im Reduktionsbereich unterdrückt.
In der EP 0 672 A ist ein Brenner zum Verbrennen pulverisierter Kohle offenbart, der eine zentrale Gemischdüse zur Zufuhr eines Gemischs aus pulverisierter Kohle und primärer Luft aufweist. Um die Gemischdüse sind konzentrisch eine sekundäre und eine tertiäre Luftdüse vorgesehen. Am entfernten Ende der Gemischdüse ist ein Flammenstabilisatorring mit einem inneren Wandabschnitt, der senkrecht in die Gemischdüse ragt, und einem äußeren Wandabschnitt angeordnet, der in die sekundäre Luftdüse ragt und sich der stromabseitigen Richtung verbreitert. In der Gemischdüse ist eine zylindrische Trennwand angeordnet, die zwei ringförmige Strömungskanäle bildet. Durch den inneren Wandabschnitt des Stabilisierungsrings wird die vorteilhafte Wirkung erzielt, daß die Tendenz besteht, daß sich stromabseitig des inneren Wandabschnitts Umwälzströme in dem Kohle-Luft-Gemisch bilden.
Ein weiterer Kohlebrenner, bei dem wenig NOx entsteht, umfaßt eine axiale Luftstromdüse mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser, in deren Mitte eine Brennstoffdüse mit kleinem Durchmesser angeordnet ist. Um die Luftstromdüse sind mehrere L-förmige Wirbelstrom-Luftdüsen zum Einspritzen von Luftstrahlen stromabseitig des entfernten Endes der Luftstromdüse angeordnet. Die Wirbelstromdüsen können zum Ausrichten der Luftstrahlen zur Erzeugung eines imaginären Kreiswirbels mittels einer Bewegungsvorrichtung bewegt werden.
Ein weiterer bekannter Kohlebrenner, der in der DE 35 20 781 A offenbart ist, kann zum Verbrennen trockener oder nasser, pulverisierter Kohle oder einer Emulsion aus pulverisierter Kohle, Wasser und Öl verwendet werden. In einer zentralen Brennstoffdüse strömt die Kohle bzw. das Kohle-Flüssigkeitsgemisch. In einer die mittlere Brennstoffdüse umgebenden Luftdüse strömt primäre Luft, wobei das entfernte Ende der Brennstoffdüse im Inneren der primären Luftdüse angeordnet ist. Um die primäre Luftdüse ist eine äußere sekundäre Düse vorgesehen. Das entfernte Ende der inneren Brennstoffdüse ist als Mundstück mit einer die Auslaßöffnung der Düse umgebenden, inneren, ringförmigen Schneidkante ausgebildet. An der inneren Oberfläche der Schneidkante und damit stromaufseitig des entfernten Endes der Brennstoffdüse sind mehrere Lufteinspritzdüsen vorgesehen, die mit einer Neigung von ca. 70° auf die stromabseitige Mitte der Brennstoffdüse ausgerichtet sind. Die Wirkung der Schneidkante ist die Bildung eines hohlen Sprühkonus des Brennstoffstroms, der vom primären Luftstrom umgeben ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Brenner zu schaffen, durch den selbst dann eine Verbrennung realisiert werden kann, bei der wenig NOx entsteht, wenn der Brenner eine hohe Kapazität aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Brenner umfaßt eine Gemischdüse, die einen Fluidgemischkanal definiert, durch den ein Fluidgemisch, das pulverförmigen festen Brennstoff und ein Beförderungsgas zum Transportieren des festen Brennstoffs enthält, zu einem Ofen strömt, einen Gaskanal, der die Gemischdüse umgibt und durch den sauerstoffhaltiges Verbrennungsgas strömt, und eine Einrichtung zum Leiten des in der Nähe des äußeren Umfangs des entfernten Endes der Gemischdüse vorhandenen Gases mit hoher Temperatur in das Fluidgemisch.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners;
2 ist ein Aufriß entlang der Linie II-II in 1 von vorne;
die 3 und 4 sind jeweils fragmentarische Schnittansichten entlang der Linie III-III und entlang der Linie IV-IV in 2;
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 1;
6 ist eine fragmentarische Schnittansicht, die einen äußeren Umfangsabschnitt eines in 1 gezeigten Flammenstabilisatorrings zeigt;
7 ist eine Schnittansicht, die die Flamme des in 1 gezeigten Brenners zeigt;
8 ist eine Ansicht, die den Strom eines Fluidgemischs in der Nähe einer in 1 gezeigten Einspritzdüse zeigt;
9 ist eine Ansicht, die den Strom eines Fluidgemischs in der Nähe einer modifizierten Einspritzdüse zeigt;
die 10 bis 12 sind Ansichten, die jeweils modifizierte Anordnungen der Einspritzdüsen zeigen;
13 ist ein Diagramm, das einen Boiler zeigt, für den die in 1 gezeigten Brenner verwendet werden;
14 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
15 ist ein Frontalaufriß entlang der Linie XV-XV in 14;
16 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
17 ist ein Frontalaufriß entlang der Linie XVII-XVII in 16;
18 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
19 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
20 ist ein Frontalaufriß entlang der Linie XX-XX in 19;
21 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
22 ist ein Frontalaufriß entlang der Linie XXII-XXII in 21;
23 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen weiteren Brenner ohne die erfindungsgemäßen Einspritzdüsen zeigt;
24 ist eine perspektivische Ansicht, die eine in 21 gezeigte Trennplatte für die sekundäre Luft zeigt;
25 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
26 ist ein Frontalaufriß entlang der Linie XXVI-XXVI in 25;
die 27 und 28 sind perspektivische Ansichten, die jeweils modifizierte Trennplatten für die sekundäre Luft zeigen;
die 29 bis 34 sind perspektivische Ansichten, die jeweils modifizierte Einspritzdüsen zeigen;
die 35 und 36 sind jeweils Ansichten, die jeweils Zustände der Flamme zeigen;
die 37 bis 39 sind Ansichten der Einspritzöffnungen von unten;
40 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
41 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners zeigt;
42 ist ein Frontalaufriß entlang der Linie XXXXII-XXXXII in 41;
43 ist ein Frontalaufriß entlang der Linie XXXXIII-XXXXIII in 41; und
44 ist eine fragmentarische Schnittansicht, die den Strom des Gases in der Nähe eines Stegabschnitts zeigt.
Bei dem in 1 gezeigten Brenner wird einem Ofen 4 über einen durch eine Gemischdüse 2 definierten Fluidgemischkanal ein feinen, pulverisierten Kohlebrennstoff und Beförderungsluft enthaltendes Fluidgemisch 1 zugeführt. Am entfernten Ende der Gemischdüse 2 ist ein Flammenstabilisatorring 3 vorgesehen, dessen äußerer Umfangsabschnitt einen L-förmigen Querschnitt aufweist.
Von einem Gebläsekasten 5 wird einem Bereich um den äußeren Umfang der Gemischdüse 2 Verbrennungsluft (sekundäre Luft 6 und tertiäre Luft 9) zugeführt. Wirbelerzeugende Vorrichtungen 7 und 10 erzeugen jeweils geeignete Wirbel in der sekundären Luft 6 und tertiären Luft 9, wodurch die optimalen Bedingungen für eine Verbrennung hergestellt werden, bei der wenig NOx entsteht.
Die tertiäre Luft 9 wird ferner von einer Führungsplatte 11 so nach außen verteilt oder verbreitet, daß der mittlere Abschnitt der Flamme in einen luftarmen, d.h. brennstoffreichen Zustand versetzt wird. Bevor die Luft am äußeren Rand mit dem Fluidgemisch 1 gemischt wird, wird die Verbrennungsrate des Brennstoffs in einem Reduktionsbereich verbessert, wodurch eine Verbrennung realisiert werden kann, bei der wenig NOx entsteht.
Hierbei wird die Luft 21 als internes Flammenstabilisierungsgas verwendet und über eine Zufuhrleitung 22 für das interne Flammenstabilisierungsgas einem in dem Gebläsekasten 5 angeordneten Kopf 23 zugeführt. Die interne Flammenstabilisierungsluft 21 wird ferner über vier Düsen 24 dem entfernten Ende der Gemischdüse 2 zugeführt. Die Luft 21 wird aus vier neben dem Flammenstabilisatorring 3 angeordneten Einspritzöffnungen 25 in den mittleren Abschnitt der Gemischdüse 2 eingespritzt, wodurch vier Luftstrahlen 26 gebildet werden.
Wie in 5 gezeigt, dient jeder der Luftstrahlen 26 als starrer Flammenstabilisator und bildet auf seiner Stromabseite Umwälzströme 14, wodurch die Entzündung und Flammenstabilisierung ermöglicht werden.
Wie in 6 gezeigt, ist unmittelbar stromabseitig des Flammenstabilisatorrings 3 umgewälztes Gas 15 mit hoher Temperatur vorhanden, das die Entzündung und Stabilisierung der Flamme in der Nähe des Flammenstabilisatorrings 3 fördert. Die jeweils aus den Einspritzöffnungen 25 der Düsen 24 für die Luft zur internen Flammenstabilisierung in den mittleren Abschnitt der Gemischdüse 2 eingespritzten Luftstrahlen 26 übernehmen eine tragende Wirkung, und daher strömt ein Teil 16 des umgewälzten heißen Gases 15 die Luftstrahlen 26 entlang in das Fluidgemisch 1, so daß die Leistung bei der Entzündung und Stabilisierung der Flamme gesteigert wird. Da die Verwirbelung des Fluidgemischs durch die Luftstrahlen 26 gesteigert wird, wird die Effizienz der Verbrennung nach der Entzündung verbessert.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Luftstrahlen 26 gering ist, werden die Luftstrahlen 26 durch den Fluidgemischstrom 1 abgelenkt, und dadurch wird die Ankunft der Luftstrahlen 26 im mittleren Abschnitt der Gemischdüse 2 verzögert. Zur Vergrößerung des Zündbereichs beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Luftstrahlen 26 vorzugsweise nicht weniger als das Dreifache der Strömungsgeschwindigkeit des Fluidgemischs 1.
Wenn das Verhältnis zwischen der Summe der Breiten der Luftstrahlen 26 in der Umfangsrichtung und der Länge des Umfangs des Ausgangs der Gemischdüse 2 groß ist, wird der Großteil der zu entzündenden, pulverisierten Kohle in den mittleren Abschnitt der Ge mischdüse 2 gedrückt, wodurch die Leistung bei der Entzündung und Stabilisierung der Flamme verringert wird. Wenn der Innendurchmesser der Gemischdüse 2 durch d repräsentiert wird (1) und die Breite jedes der Luftstrahlen 26 zur Stabilisierung der Flamme durch b repräsentiert wird (2), die Umfangslänge des Auslasses der Gemischdüse 2 durch πd repräsentiert wird und die Summe der Breiten der Luftstrahlen in der Umfangsrichtung durch 4b repräsentiert wird, wird vorteilhafter Weise die folgende Formel aufgestellt: πd/40 ≤ b ≤ πd/8
Durch die Luftstrahlen 26 kann ein Unterdruckabschnitt im Fluidgemischstrom 1 erzeugt werden, im Unterdruckabschnitt des Fluidgemischs wird eine Verwirbelung erzeugt, und aufgrund der Trägerwirkung der Luftstrahlen 26 auf das heiße Gas werden die Entzündung und Stabilisierung der Flamme in einem entzündungsfreien Bereich C (7) des Gasgemischs am entfernten Ende der Gemischdüse 2 gefördert.
Der Unterdruckabschnitt wird im Fluidgemischstrom erzeugt, indem die Luft von den vier neben dem äußeren Umfang des entfernten Endabschnitts der Gemischdüse 2 vorgesehenen Luftdüsen 24 radial nach innen zur Mitte der Gemischdüse 2 eingespritzt wird.
Der Zündbereich im entzündungsfreien Bereich C (7) wird vergrößert, ohne daß die Ankunft der Luftstrahlen im mittleren Abschnitt des Fluidgemischs verzögert wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Luftstrahlen aus den Luftdüsen 24 nicht weniger als das Dreifache der Strömungsgeschwindigkeit des Fluidgemischs beträgt. Wenn die Summe der Breiten der Einspritzöffnungen der Luftdüsen 24 im Bereich zwischen 10 und 50 % der Umfangslänge des entfernten Endes der Gemischdüse beträgt, wird das zu entzündende Fluidgemisch nicht in ungeeigneter Weise in den mittleren Abschnitt der primären Düse gedrückt, und daher kann aufgrund der Gasstrahlen im entzündungsfreien Bereich C (7) hinsichtlich der Entzündung und der Stabilisierung der Flamme eine zufriedenstellende Leistung realisiert werden.
Wenn die Einspritzrichtung der Luft aus jeder der Luftdüsen 24 senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluidgemischs 1 ist, erzeugt die Luft aus der Einspritzöffnung 25 aufgrund des Fluidgemischstroms 1 tatsächlich den in 8 gezeigten Luftstrahl 26, und im Bereich bei der (geringfügig stromabseitig des Auslasses der Gemischdüse 2 angeordneten) Grenze zwischen dem Gasstrahl 26 und dem Fluidgemischstrom 1 wird ein Entzündungs- und Flammenstabilisierungsbereich gebildet.
Wenn die Richtung, in der die Luft aus jeder Luftdüse 24 eingespritzt wird, die Richtung zur Stromaufseite der Gemischdüse 2 ist, wie in 9 gezeigt, wird der aus der Luftdüse 24 eingespritzte Luftstrahl 26 durch den Fluidgemischstrom 1 zurück zum Auslaß der Gemischdüse 2 gedrückt, so daß am Auslaß der Gemischdüse 2 ein Entzündungs- und Flammenstabilisierungsbereich gebildet wird.
Wenn die Einspritzöffnung 25 jeder Luftdüse 24 um die Achse der Luftdüse 24 und/oder eine zur Achse der Luftdüse 24 senkrechte Achse schwenkbar oder axial beweglich ist, kann die Luft abhängig von der Konfiguration des Brenners, der Art des Brennstoffs, der Boilerlast, etc. aus der optimalen Position in der optimalen Richtung eingespritzt werden. Die Anzahl und die Anordnung der Luftdüsen 24 sind nicht auf die vorstehend beschriebenen begrenzt, sondern können modifiziert werden, wie in den 10 bis 12 gezeigt.
Bei dem in 13 gezeigten Boiler, für den die Brenner gemäß dieser Ausführungsform verwendet werden, durchströmt ein Teil der von einem primären Luftgebläse 31 zugeführten Luft eine Luftvorheizeinrichtung 34, und der Rest umgeht die Luftvorheizeinrichtung 34. Die Luft, die die Luftvorheizeinrichtung 34 umgeht, wird den Brennern über einen primären Kaltluftkanal 32 zugeführt, und die Luft, die die Luftvorheizeinrichtung 34 durchströmt, wird den Bren nern über einen primären Heißluftkanal 35 zugeführt. Die die Luftvorheizeinrichtung 34 passierende Luft und die die Luftvorheizeinrichtung 34 umgehende Luft werden hinsichtlich der Strömungsmenge von jeweiligen Strömungssteuerdämpfern 33 und 36 gesteuert und anschließend über einen primären Mühlenlufteinlaßkanal 37 einer Mühle 38 zugeführt, so daß die Auslaßtemperatur der Kohlenmühle 38 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann.
Pulverisierte und getrocknete Kohle (fein pulverisierte Kohle) wird dem entsprechenden Brenner zusammen mit der Beförderungsluft über ein Kohlezufuhrrohr 39 und ferner über die Gemischdüse 2 dem Ofen 4 zugeführt. Die übrige erforderliche Luft (die Verbrennungsluft) wird von einem Verbrennungsluftgebläse 41 zugeführt. Nach der Erwärmung der Luft durch die Luftvorheizeinrichtung 34 wird sie über einen Verbrennungsluftkanal 42 dem Gebläsekasten 5 und über die Brenner dem Ofen 4 zugeführt.
Die Luft 21 zur internen Flammenstabilisierung zweigt auf der Auslaßseite der Luftvorheizeinrichtung 34 von einer primären Luftzufuhrleitung ab und wird über das Rohr 22 zur Zufuhr der Luft zur internen Flammenstabilisierung jedem Kopf 23 für die Luft zur internen Flammenstabilisierung zugeführt. Das nachfolgende Zufuhrsystem ist, wie in 1 gezeigt. Die Beförderungsluft wird unter höherem Druck als die Verbrennungsluft zugeführt und ist als Luft zur internen Flammenstabilisierung geeignet. Da die heiße Luft von der Luftvorheizeinrichtung 34 als Luft zur internen Flammenstabilisierung verwendet wird, wird der Vorteil erzielt, daß das Fluidgemisch erwärmt wird, wodurch die Effizienz der Verbrennung verbessert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann gelöst werden, indem die Luft zur internen Flammenstabilisierung der Gemischdüse 2 nur während des Betriebs des Brenners zugeführt wird. Daher kann die zur Hochdruckzufuhr von Luft erforderliche Energiemenge bei Verbrennungsanlagen mit mehreren Brennern verringert werden, wenn die Luft zur internen Flammenstabilisierung während des Betriebs der Brenner zugeführt wird und ihre Zufuhr eingestellt wird, wenn die Brenner nicht in Betrieb sind. Dies ist unter dem Gesichtspunkt der Effizienz vorteilhaft.
Ist die Brennerlast gering, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidgemischs 1 verringert, und dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zur internen Flammenstabilisierung niedrig sein. Durch Einstellen der Menge der Luft zur internen Flammenstabilisierung in Abhängigkeit von der Brennerlast bzw. der Boilerlast (äquivalent zur Brennerlast) kann ein Betrieb mit hoher Effizienz realisiert werden, bei dem die zur Zufuhr der Luft zur internen Flammenstabilisierung erforderliche Energiemenge minimal gehalten wird.
Die Luft zur internen Flammenstabilisierung kann von einem ausschließlich zu diesem Zweck vorgesehenen Gebläse zugeführt werden. Da in diesem Fall der optimale Zufuhrdruck für die Luft zur internen Flammenstabilisierung eingestellt werden kann, kann ein hinsichtlich der Leistung effizienter Betrieb realisiert werden. Auch in diesem Fall kann entweder die Luft mit niedriger Temperatur stromaufseitig der Luftvorheizeinrichtung 34 (13) oder die heiße Luft (mit hoher Temperatur) stromabseitig der Luftvorheizeinrichtung 34 zugeführt werden. In diesem Fall können die pulverisierte Kohle und das Fluidgemisch 1 während des Betriebs der Brenner nach dem Einspritzen des Gases zur internen Flammenstabilisierung durch die Zufuhr der heißen Luft stromabseitig der Luftvorheizeinrichtung 34 erwärmt werden, wodurch die Effizienz der Verbrennung verbessert wird, und durch die Zufuhr der Luft mit niedriger Temperatur stromaufseitig der Luftvorheizeinrichtung 34 bei der Beendigung des Betriebs der Brenner können die Auslaßabschnitte der Brenner gekühlt werden, wodurch der Einfluß der Strahlungswärme aus dem Ofen 4 unterdrückt wird.
Als Luft zur internen Flammenstabilisierung kann sauerstoffreiche Luft mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 21 % verwendet werden. In diesem Fall werden die Entzündungs- und Flammenstabilisierungsleistung weiter verbessert, wodurch eine hoch effiziente Verbrennung, bei der wenig NOx entsteht, weiter gefördert wird.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf andere Brennerkonstruktionen angewendet werden.
Bei dem in 14 gezeigten Brenner erstrecken sich die Düsen 24 durch eine tertiäre Luftleitplatte 11 zur Erzeugung von vier Luftstrahlen 26 zur Flammenstabilisierung (15).
Bei dem in 16 gezeigten Brenner ist ein einziger Luftzufuhrkanal 46 um den äußeren Rand einer Gemischdüse 2 angeordnet. Bei dieser Brennerkonstruktion werden, insbesondere wenn in der Verbrennungsluft Wirbel erzeugt werden, zwischen dem Fluidgemischstrom 1 und dem Verbrennungsluftstrom 44 Umwälzströme 15 aus heißem Gas erzeugt, wodurch die Wirkung der vorliegenden Erfindung gefördert wird.
Bei dem in 18 gezeigten Brenner ist, im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Brenner, eine Trenneinrichtung 27 vorgesehen, die die sekundäre Luft 6 von der tertiären Luft 9 trennt. Bei diesem Beispiel wird die Vermischung des Fluidgemischs 1 mit der Luft am äußeren Rand entsprechend der Verteilung des Fluidgemischstroms 1 verzögert, wodurch die Reduktion von NOx in der Nähe des Brenners aufrechterhalten wird.
Bei dem in 19 gezeigten Brenner werden die Strömungskanalabmessungen des entfernten Endabschnitts einer Gemischdüse 2 zu ihrem Auslaß zunehmend geringer. Luftdüsen 24 erstrecken sich entlang der Gemischdüse 2. Der Fluidgemischstrom 1 ist auf den mittleren Abschnitt (d.h. die Achse) der Gemischdüse 2 gerichtet, und die sekundäre Luft 6 und die tertiäre Luft 9 werden nach außen verwirbelt, daher werden zwischen dem Fluidgemischstrom 1 und den Verbrennungsluftströmen 6 und 9 Umwälzströme 15 erzeugt, wodurch die Wirkung der vorliegenden Erfindung gefördert wird.
Der in 21 gezeigte Brenner umfaßt eine Gemischdüse 2, durch die ein Gasgemisch 1 (ein Strom aus fein pulverisierter Kohle) strömt, der aus pulverisierter Kohle (Brennstoff) und Beförderungsluft (primärer Luft) zusammengesetzt ist, eine auf der inneren Umfangsseite der Gemischdüse 2 ausgebildete Venturidüse 112 zur Begrenzung des Stroms 1 aus pulverisierter Kohle zum Verhindern einer Rückzündung, eine am entfernten Ende eines Ölbrenners 110, der sich in der Gemischdüse 2 zu einem Ofen 4 erstreckt, vorgesehene Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle zum Einstellen der Verteilung der Konzentration der pulverisierten Kohlepartikel im Strom 1 der pulverisierten Kohle, einen am entfernten Ende der Gemischdüse 2 vorgesehenen Flammenstabilisatorring 3 zum Entzünden der pulverisierten Kohle im Strom 1 der pulverisierten Kohle und zum Stabilisieren der Flamme, eine ringförmige Platte 116 zum Trennen der sekundären Luft, die die Zündung und die Stabilisierung der Flamme verbessert und die Wirkung hat, die Flamme des Brenners von der sekundären Luft 6 zu trennen, Gaseinspritzdüsen 24 zum Einspritzen von Gas 21 aus einem Gaszufuhrrohr 22 in den Ofen 4 zum Bewegen des heißen Gases in der Nähe des Flammenstabilisatorrings 3 zum mittleren Abschnitt des Brenners, eine sekundäre Manschette 118 zur Erzeugung eines Kanals um den äußeren Umfang der Gemischdüse 2, durch den die sekundäre Luft 6 strömt, eine erweitert am entfernten Ende der sekundären Manschette 118 ausgebildete Führung 11, eine tertiäre Manschette 120, die so mit der sekundären Manschette 118 zusammenwirkt, daß ein Kanal für die tertiäre Verbrennungsluft 9 zwischen ihnen gebildet wird, einen Dämpfer 122 für die sekundäre Luft zur Steuerung der zugeführten Menge an sekundärer Luft und einen Widerstandskörner 10 für die tertiäre Luft zur Steuerung der zuzufüh renden tertiären Luft 9 und zur Steuerung der Wirbelkraft der dem äußeren Rand der Brennerflamme zugeführten tertiären Luft 9. Die sekundäre Luft und die tertiäre Luft werden von einem Gebläsekasten 5 zugeführt, und die Brennerbauteile sind so vorgesehen, daß sie zu einem Brennerhals 124 freiliegen.
Bei diesem Brenner wird das aus der fein pulverisierten Kohle und der primären Luft zusammengesetzte Gasgemisch 1 (der Strom der pulverisierten Kohle) der Gemischdüse 2 zugeführt. Der Strom aus pulverisierter Kohle wird durch die Venturidüse 112 begrenzt, wodurch die Konzentration der pulverisierten Kohlepartikel im Strom 1 der pulverisierten Kohle aufgrund der Bereitstellung der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle in der Nähe des Flammenstabilisatorrings 3 gesteigert wird. Die Entzündung der pulverisierten Kohle und die Stabilisierung der Flamme erfolgen in der Nähe des Rings 3. Zu diesem Zeitpunkt wird unmittelbar stromabseitig des Flammenstabilisatorrings 3 ein Unterdruckabschnitt im Strom 1 der pulverisierten Kohle erzeugt. Ein Teil der sekundären Luft 6 und des Stroms 1 der pulverisierten Kohle in der Gemischdüse 2 werden in diesen Unterdruckbereich gezogen, wodurch ein Zündbereich für den Strom 1 der pulverisierten Kohle gebildet wird. Im Zündbereich wird heißes Gas erzeugt, und dieses heiße Gas wird durch jeweils aus den Gaseinspritzdüsen 24 zum mittleren Abschnitt der Gemischdüse 2 eingespritzte Gasstrahlen (in diesem Fall Luftstrahlen) 26 in den Strom 1 der pulverisierten Kohle geleitet, wodurch der entzündungsfreie Bereich des Verbrennungsgases verkleinert und damit die Flammenstabilisierungsfähigkeit des Brenners verbessert wird.
Als Mittel zur Verbesserung der Brennstoffentzündungs- und Flammenstabilisierungsleistung in der Nähe des Flammenstabilisatorrings 3 ist die Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle im mittleren Abschnitt der Gemischdüse 2 vorgesehen. Die Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle ist an der inneren Umfangsfläche des entfernten Endabschnitts des Ölbrenners 110 montiert, der zur Aktivierung des Brenners verwendet wird. Der Ölbrenner 110 wird nicht nur zur Aktivierung des Brenners, sondern auch bei einem Betrieb mit geringer Last verwendet. Bei einem Brenner des Typs, bei dem kein Ölbrenner vorgesehen ist, kann eine (nicht dargestellte) Halterung an der Stelle vorgesehen sein, an der der Ölbrenner montiert ist, und die Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle kann an dieser Halterung montiert sein.
Wie in 23 gesondert gezeigt, weist die an der äußeren Umfangsfläche des Ölbrenners 110 montierte Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle eine Form auf, die durch Drehen der trapezförmigen Platte um eine Achse des Ölbrenners realisiert wird. Ein stromaufseitiger, schräger bzw. sich verjüngender Abschnitt der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle weist einen Neigungswinkel a von 20° auf, ihr stromabseitiger schräger bzw. sich verjüngender Abschnitt weist einen Neigungswinkel b von 15° auf, und das Verhältnis r1 zwischen den Abmessungen des Außendurchmessers c ihres (zur inneren Umfangsfläche der Gemischdüse 2 und der Achse des Brenners) parallelen Abschnitts und ihrer Länge d in der Strömungsrichtung des Gases ist 1 (r1 = d/c = 1).
Wenn die Länge d des parallelen Abschnitts der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle zu lang ist, muß der Gebläsekasten 5 vergrößert werden, was im Hinblick auf die Kosten nachteilig ist. Die Abmessungen des Außendurchmessers c des parallelen Abschnitts werden durch den Durchmesser der Gemischdüse 2 begrenzt. Der Außendurchmesser c beträgt normalerweise 0,7 des Durchmessers der Gemischdüse 2. Zur Begradigung des von der stromaufseitigen, schrägen Oberfläche der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle konzentrierten Stroms 1 der pulverisierten Kohle ist das Ver hältnis r1 (= c/d) zwischen dem Außendurchmesser c des parallelen Abschnitts der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle und ihrer Länge d vorzugsweise 1 ≤ r 1 ≤ 2.
Ebenso sollte der Neigungswinkel i des stromabseitigen, schrägen bzw. sich verjüngenden Abschnitts der an der inneren Umfangsfläche der Gemischdüse 2 ausgebildeten Venturidüse 112 in bezog auf die Achse des Brenners kleiner als der Neigungswinkel a des stromaufseitigen, schrägen Abschnitts der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle sein (i < a).
Bei dieser Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel a ca. 20° und der Neigungswinkel i ca. 10°.
Die Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle hat die Funktion, mittels des stromaufseitigen, schrägen Abschnitts die Konzentration der pulverisierten Kohle in dem Fluidgemisch zu verbessern, das in der Nähe der inneren Umfangsfläche der Gemischdüse 2 strömt. Der Neigungswinkel a der stromaufseitigen, schrägen Oberfläche der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle beträgt vorzugsweise 15° bis 25°. Ist der Neigungswinkel a kleiner als 15°, wird die Wirkung, daß die pulverisierten Kohlepartikel zur inneren Umfangsfläche der Gemischdüse 2 gezogen werden, verringert, und wenn der Neigungswinkel a größer als 25° ist, trifft eine größere Menge der pulverisierten Kohlepartikel auf die innere Umfangsfläche der Gemischdüse 2 auf, so daß die innere Umfangsfläche leichter abgenutzt wird.
Um am Auslaß des Brenners eine Flamme mit hoher Temperatur zu erzeugen, ist es wesentlich, die Konzentration der pulverisierten Kohle in der Nähe des Flammenstabilisatorrings 3 zu steigern und die Strömungsgeschwindigkeit des Stroms 1 der pulverisierten Kohle allmählich zu verringern, damit der Strom 1 der pulverisierten Kohle nicht von der äußeren Oberfläche des entfernten Endabschnitts (des stromabseitigen Abschnitts) der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle getrennt wird. Um diese Funktionen zu realisieren, ist der Neigungswinkel b der stromabseitigen, schrägen Oberfläche der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle vorzugsweise auf 6° bis 18° eingestellt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des Stroms 1 der pulverisierten Kohle allmählich verringert wird. Selbst wenn der Neigungswinkel b weniger als 6° beträgt, kann ein äquivalenter Konzentrationseffekt erzielt werden, doch die Tiefe der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle sowie die Tiefe des Gebläsekastens 5 werden übermäßig erhöht, wodurch die Größe des Ofens zunimmt. Beträgt der Neigungswinkel b mehr als 18°, ist das Auftreten einer Abtrennung wahrscheinlich.
Der Neigungswinkel a und der Neigungswinkel b können unabhängig voneinander eingestellt werden.
In bezug auf die Funktion des parallelen Abschnitts der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle, wird, nachdem der Strom 1 der pulverisierten Kohle von ihrer stromaufseitigen, schrägen Oberfläche abgelenkt wurde, veranlaßt, daß der Strom 1 der pulverisierten Kohle, dessen Konzentration an pulverisierten Kohlepartikeln in der Nähe der inneren Umfangsfläche der Gemischdüse 2 höher ist, eine Weile stabil in der zur inneren Umfangsfläche der Gemischdüse 2 parallelen Richtung strömt. Durch das Vorsehen dieses parallelen Abschnitts kann der Strom 1 der pulverisierten Kohle von der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle selbst dann stabil begradigt werden, wenn die Konzentration der pulverisierten Kohle als Brennstoff und die Art der Kohle verändert werden und die Verbrennungslast abrupt verändert wird.
Wie aus der in 23 gezeigten Kohlendichte klar hervorgeht, ist die Konzentration der pulverisierten Kohle in der Nähe des Flam menstabilisatorrings 3 relativ hoch und im mittleren Abschnitt des Brenners relativ gering.
Durch eine geeignete Bestimmung der Neigungswinkel der schrägen Oberflächen der Vorrichtung 114 zum Einstellen der Konzentration der pulverisierten Kohle und der Abmessungen ihres parallelen Abschnitts sowie durch eine geeignete Bestimmung des Neigungswinkels i des stromabseitigen, schrägen Abschnitts der Venturidüse 112 kann die Konzentration der pulverisierten Kohle in dem Fluidgemisch in der Nähe des Flammenstabilisatorrings 3 gesteigert werden, und ebenso kann das Fluidgemisch dem Auslaß des Brenners mit einer niedrigen Geschwindigkeit zugeführt werden, wodurch die Entzündung des Brennstoffs und die Stabilisierung der Flamme am Auslaß des Brenners sicher und stabil erfolgen können.
Bei dieser Ausführungsform ist die kreisförmige Platte 16 zur Trennung der sekundären Luft zum Ausrichten des sekundären Luftstroms 6 auf den äußeren Rand des entfernten Endes der Gemischdüse 2 vorgesehen (siehe 22 und 24) Die Platte 116 hat die Funktion, die sekundäre Luft 6 von der Brennerflamme zu trennen, und sie hat auch die Funktion, die sekundäre Luft 6 unmittelbar stromabseitig des Flammenstabilisatorrings 3 mit dem heißen Gas zu mischen, wodurch die Entzündungs- und Flammenstabilisierungsfähigkeit des Flammenstabilisatorrings 3 verbessert werden. Wie in den 21 und 22 gezeigt, wird der radial innere Teil des sekundären Luftstroms 6 von der Platte 116 unterbrochen, und Einspritzöffnungen 25 der Gaseinspritzdüsen 24 öffnen sich stromabseitig der Platte 116. Durch diese Anordnung werden die Strahlen 26 aus den Gaseinspritzdüsen 24 nicht direkt von der sekundären Luft 6 beeinflußt, so daß die Wirkung der Beförderung der pulverisierten Kohle durch die Strahlen gefördert wird.
25 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der anstelle der Trennplatte 116 mehrere Trennplatten 116 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Platten 116 zur Trennung der sekundären Luft zum Teilen des sekundären Luftstroms 6 in vier Abschnitte in Umfangsrichtung am äußeren Umfang des entfernten Endes des Auslasses der Gemischdüse vorgesehen (siehe 26 und 27). Durch Unterteilen des sekundären Luftstroms 6 durch die Platten 116 zur Trennung der sekundären Luft wird der sekundäre Luftstrom 6 in einem Bereich stromabseitig der Platten 116 zur Trennung der sekundären Luft mit dem unmittelbar hinter dem Flammenstabilisatorring 3 erzeugten heißen Gas gemischt, wodurch die Brennstoffentzündungs- und Flammenstabilisierungsfähigkeit des Flammenstabilisatorrings 3 verbessert werden. Wie in 26 gezeigt, ist das Moment der sekundären Luft 6 in den Bereichen, in denen die sekundäre Luft 6 frei zwischen den Platten 116 zur Trennung der sekundären Luft strömt, verhältnismäßig groß, und daher haben diese Bereiche die Wirkung, die Trennung des sekundären Luftstroms 6 von der Flamme des Brenners zu fördern. Wenn der sekundäre Luftstrom 6 mit dem Fluidgemisch 1 in dem unmittelbar hinter dem Auslaß des Brenners angeordneten Bereich des Ofens 4 zu früh gemischt wird, kann keine Verbrennung (Reduktionsverbrennung) realisiert werden, bei der wenig NOx entsteht, und daher ist es effektiv, die Flamme des Brenners vom sekundären Luftstrom 6 zu trennen.
Wie in 28 gezeigt, kann eine Anordnung verwendet werden, bei der die Platten 116 zur Trennung der sekundären Luft in bezug auf die Achse der Gemischdüse 2 in einem vorgegebenen Winkel geneigt sind und einander in der Umfangsrichtung überlappen. Durch diese Anordnung wird ein schlitzförmiger Spalt zwischen je zwei nebeneinander liegenden Platten 116 gebildet. Die sekundäre Luft 6 wird aus diesen Spalten ins Innere des Ofens eingespritzt. Obwohl in diesem Fall das Moment der aus den Spalten eingespritzten sekundären Luft 6 im Vergleich zu dem der durch die Spalten zwischen den Platten 116 gemäß 27 in den Ofen zugeführten sekundären Luft 6 klein ist, können eine Kühlung der Platten 116 zur Trennung der sekundären Luft bewirkt und die Ablagerung von Asche auf ihnen verhindert werden, da die sekundäre Luft schichtartig in den Ofen zugeführt wird.
Wie in 29 gezeigt, weist bei dieser Ausführungsform jede der Gaseinspritzdüsen 24 zwei runde (kreisförmige) Öffnungen oder Bohrungen 25 auf, die in Längsrichtung nebeneinander in der Umfangswand des entfernten Endabschnitts der Düse mit dem geschlossenen entfernten Ende ausgebildet sind. Die Menge des durch die Öffnungen 25 eingespritzten Gases beträgt 2% der Menge der primären Luft.
Die 30 bis 32 zeigen modifizierte Öffnungen 25. Die Öffnung 25 kann am entfernten Ende einer gebogenen Düse ausgebildet sein (30). Eine Öffnung 25 mit einer ovalen Form, deren längere Achse parallel oder senkrecht zur Achse der Düse verläuft, kann in der Umfangswand des entfernten Endabschnitts einer Düse mit geschlossenem entfernten Ende ausgebildet sein (31 bis 32). Durch Erzeugen einer Führung 28 an der Umfangskante der Öffnung 25, wie in 33 gezeigt, kann die Kraft gesteigert werden, mit der das Gas aus der Öffnung 25 eingespritzt wird.
Die Gaseinspritzdüsen 24 können so in die Richtung A (34) der Achse des Brenners bewegt werden, daß der Abstand zwischen der Strahlöffnung 25 jeder Gaseinspritzdüse 24 und dem Auslaß des Brenners in der Richtung der Achse des Brenners (d.h. der Abstand zwischen der Strahlöffnung 25 und dem Flammenstabilisatorring 3) abhängig von der Art des Brennstoffs, der Brennerlast, den Verbrennungsbedingungen, der Anzahl der im Brennofen angeordneten Brennerstufen, etc. verändert werden kann. Jede der Gaseinspritzdüsen 24 kann in der Umfangsrichtung B (34) so um ihre Achse gedreht werden, daß die Einspritzrichtung des Gases verändert wird. Wenn beispielsweise Kohle mit hohem Brennstoffverhältnis oder grob pulverisierte Kohle verwendet wird, deren Entzündungs- und Flam menstabilisierungseigenschaften weniger ausgezeichnet sind, ist es effektiv, die Stahlen aus den Gaseinspritzdüsen 24 zur Stromaufseite der Gemischdüse 2 zu lenken.
Die Wirkung der Stabilisierung der Flamme mittels der Gasstrahlen wird unter Bezugnahme auf die 35 und 36 beschrieben.
In einem Bereich stromabseitig des am Auslaßabschnitt der Gemischdüse 2 vorgesehenen Flammenstabilisatorrings 3 werden Umwälzströme A aus heißem Gas erzeugt, die die Entzündung des Brennstoffs und die Stabilisierung der Flamme in der Nähe des Flammenstabilisatorrings 3 fördern. Bei der herkömmlichen Konstruktion gemäß 35, bei der keine Gaseinspritzdüse 24 vorgesehen ist, bildet sich ein großer, entzündungsfreier Bereich C im Inneren des Zündbereichs B. Andererseits erfüllen die jeweils von den Gaseinspritzdüsen 24 zum mittleren Abschnitt der Gemischdüse 2 eingespritzten Luftstrahlen 26 bei der in 36 gezeigten Ausführungsform der Erfindung die Funktion des Tragens des heißen Gases, und daher strömt ein Teil der Umlaufströme A längs der Luftstrahlen 26 in das Fluidgemisch 1 (den Strom der pulverisierten Kohle), wodurch die Entzündungs- und Flammenstabilisierungsleistung verbessert wird.
Daher wird der entzündungsfreie Bereich C bei dieser Ausführungsform im Vergleich zu der herkömmlichen Konstruktion verkleinert, und die Temperatur der Flamme im Reduktionsbereich steigt relativ an, wodurch die NOx-Reduktionsrate verbessert wird. Daneben wird die Verwirbelung des Fluidgemischs 1 durch die Luftstrahlen 26 gesteigert, und dies ist zur Verbesserung der Verbrennungsrate nach der Entzündung effektiv.
Zur Verbesserung der Reduktion von NOx ist eine hinreichende Reduktion von NOx zu N₂ in der Reduktionsflamme mit hoher Temperatur und eine anschließende Zufuhr einer dem Mangel entspre chenden Menge an Verbrennungsluft effektiv, wodurch die Verbrennung abgeschlossen wird. Daher muß die tertiäre Luft 9 von der Flamme getrennt werden.
In diesem Zusammenhang werden der Neigungswinkel e der Führung 11 und das Abmessungsverhältnis r2 = f/g (siehe 23) wesentlich, wobei f die zur Achse des Brenners senkrechte Schrägungsbreite der Führung 11 und g den Abstand zwischen der Öffnung des (am Ausgangsende ihrer abfallenden Oberfläche angeordneten und zur Achse des Brenners parallelen) Brennerhalses 124 und einem zur Achse des Brenners parallelen Abschnitt der sekundären Manschette 118 repräsentieren. Der Neigungswinkel e der Führung 11 ist der Neigungswinkel ihres erweiterten entfernten Endabschnitts in bezug auf die Achse des Brenners.
Wenn der Neigungswinkel e der Führung 11 zu groß ist, kann der Strom 1 der pulverisierten Kohle in der Gemischdüse 2 nicht zufriedenstellend mit dem sekundären Luftstrom 6 gemischt werden, und daher beträgt der Neigungswinkel e vorzugsweise 35° bis 55°. Der Neigungswinkel h des schrägen Abschnitts des am Auslaßabschnitt des Brenners angeordneten Brennerhalses 124 in bezug auf die Achse des Brenners beträgt vorzugsweise ca. 35 bis ca. 55°.
Wenn die beiden Neigungswinkel e und h zu groß sind, wird die tertiäre Luft zu weit von der durch die Verbrennung der pulverisierten Kohle erhaltenen Brennerflamme beabstandet und es kann keine zufriedenstellende Mischung erfolgen, so daß keine stabile Verbrennungsflamme erhalten werden kann. Sind die beiden Neigungswinkel e und h zu klein, kann die Wirkung der Trennung der Brennerflamme vom tertiären Luftstrom 9 nicht zufriedenstellend erzielt werden, und der Brennerflamme wird eine übermäßige Menge des tertiären Luftstroms 9 zugeführt, so daß keine Verbrennung des pulverisierten Kohlenbrennstoffs realisiert werden kann, bei der wenig NOx entsteht.
Vorzugsweise beträgt das Abmessungsverhältnis r2 (= f/g) 0,5 ≤ r2 ≤ 1. Ist f/g kleiner als 0,5, kann die Wirkung der Trennung der Brennerflamme vom tertiären Luftstrom 9 nicht zufriedenstellend erzielt werden, und wenn f/g größer als 1 ist, trifft der tertiäre Luftstrom 9 auf die Führung 11 und kann nicht effektiv in den Ofen 4 strömen.
Daher ist der Neigungswinkel e der Führung 11 bei dieser Ausführungsform auf 45° eingestellt, der Neigungswinkel h des schrägen Abschnitts des am Auslaßabschnitt des Brenners angeordneten Brennerhalses 124 in bezug auf die Achse des Brenners ist auf 45° eingestellt, und das Abmessungsverhältnis r2 (= f/g) ist auf 0,8 eingestellt.
Die Gaseinspritzöffnungen 25 können jede geeignete Form aufweisen, sofern das Verhältnis r3 (= a/b) (37) zwischen der Länge a der Öffnung 25 in der Richtung der Achse der Einsritzdüse 24 und der Länge b der Öffnung 25 in der Richtung des Durchmessers der Einspritzdüse 24 nicht kleiner als 1 ist. Die Öffnung 25 kann beispielsweise rechteckig sein, wie in 38 gezeigt. Durch Erzeugen von Einspritzöffnungen 25, bei denen r3 ≥ 1 gilt, wird der Vorteil erzielt, daß die Strahlen 26 den mittleren Abschnitt des Brenners erreichen, ohne vom Strom des Fluidgemischs 1 stark beeinflußt zu werden.
Sind zwei oder mehr Einspritzöffnungen 25 in der Einspritzdüse 24 ausgebildet (siehe 39), beträgt der Abstand X zwischen den Achsen der Einspritzöffnungen 25 vorzugsweise nicht mehr als das 2,5-fache des Durchmessers R der Öffnung 25. Wenn die beiden Gaseinspritzdüsen zu weit voneinander entfernt sind, werden zwei getrennte Strahlen erzeugt. Gilt andererseits X/R ≤ 2,5, werden die beiden nahe beieinander liegenden Strahlen unmittelbar hinter den beiden jeweils aus den Öffnungen 25 eingespritzten Strahlen zu einem Strahl kombiniert, und daher besteht nicht die Notwendigkeit, die Strömungsmenge des eingespritzten Gases zu steigern, und daneben wird der Strahl aus einer scheinbar großen Einspritzöffnung eingespritzt, und es kann ein Strahl erzeugt werden, der eine große Durchdringungskraft aufweist.
Wenn nicht weniger als zwei Einspritzöffnungen verwendet werden und der scheinbare Bohrungsdurchmesser der Einspritzöffnung ohne Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des aus jeder der Einspritzöffnungen eingespritzten Gases vergrößert wird, kann die Durchdringungskraft des Gasstrahls gesteigert werden. Wird die Anzahl der Einspritzöffnungen erhöht, wobei die Summe der Abmessungen der Einspritzöffnungen konstant gehalten wird, ist die Anzahl der Einspritzöffnungen zur Steigerung des scheinbaren Durchmessers unbegrenzt. In diesem Fall sind die mehreren Einspritzöffnungen vorzugsweise so entlang der Länge der Gaseinspritzdüse (d.h. in der Richtung der Achse der Düse) angeordnet, daß den Gasstrahlen vom Fluidgemischstrom nicht viel Widerstand entgegengesetzt wird.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Gaseinspritzöffnung eingespritzten Gases nicht weniger als dreimal höher als die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidgemischs ist, gelangen die jeweils über die Gaseinspritzöffnungen eingespritzten Gasstrahlen mit ausreichender Durchdringungskraft in den mittleren Abschnitt des Fluidgemischstroms, wodurch der entzündungsfreie Bereich der Flamme effektiv verkleinert wird.
Bei einer in 40 gezeigten, weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners ist der Querschnittsaufbau der Eckabschnitte einer sekundären Manschette 118 und einer tertiären Manschette abgerundet oder gekrümmt. Durch diese Konstruktion können die sekundäre Luft 6 und die tertiäre Luft 9 dem Ofen zugeführt werden, ohne einem Druckverlust durch die Manschette 118 und die Manschette 120 zu unterliegen, und die erforderliche Strömungsge schwindigkeit der Verbrennungsluftströme kann bei minimalem Druckverlust erzielt werden.
Bei diesem Brenner besteht nicht die Notwendigkeit, den Dämpfer 122 (25) an der sekundären Manschette 118 vorzusehen, und das Zufuhrverhältnis zwischen der sekundären Luft 6 und der tertiären Luft 9 wird durch einen tertiären Luftwiderstand 10 eingestellt.
Bei dem Brenner gemäß 40 wird die Verbrennungsluft einem Bereich um den Strom der pulverisierten Kohle mit einer hohen Geschwindigkeit zugeführt, und die pulverisierten Kohlepartikel sammeln sich in der Nähe der inneren Umfangsfläche einer Einlaßdüse 2, wodurch die Entzündung des Brenners und die Funktion der Stabilisierung der Flamme effizienter realisiert werden können.
Der in 41 gezeigte Brenner umfaßt eine Gemischdüse 2 und ein Stabelement, das in der Gemischdüse 2 verläuft. Hier ist das Stabelement ein Rohr 202. Ein pulverisierte Kohle und Beförderungsluft enthaltendes Fluidgemisch 1 strömt durch einen durch die Gemischdüse 2 und das Rohr 202 gebildeten Kanal. In dem Rohr 202 strömt Verbrennungsluft. Im Rohr 202 erstreckt sich ein Ölbrenner zu einem Ofen 4. Am entfernten Ende der Gemischdüse 2 ist ein äußerer Flammenstabilisator 204 vorgesehen, und am entfernten Ende des Rohrs 202 ist ein innerer Flammenstabilisator 206 vorgesehen.
An der äußeren Umfangsfläche des Rohrs 202 ist eine Konzentrationseinrichtung 208 vorgesehen, die das Fluidgemisch 1 in einen im radial äußeren Bereich strömenden Fluidgemischanteil mit einer hohen Konzentration an pulverisierter Kohle und einen im radial inneren Bereich strömenden Fluidgemischanteil mit einer geringen Konzentration an pulverisierter Kohle unterteilt.
Vier sich radial erstreckende Stegabschnitte 300 sind in Umfangsrichtung in gleichen Winkeln beabstandet vorgesehen, um den äußeren Flammenstabilisator 204 mit dem inneren Flammenstabilisator 206 zu verbinden (42). Wie in 43 gezeigt, weist jeder Stegabschnitt 300 einen V-förmigen, sich zur Stromaufseite verjüngenden Querschnitt auf. Daher unterbrechen die Stegabschnitte 300 den Fluidgemischstrom 1 teilweise, werden von dem Fluidgemisch jedoch nicht abgenutzt. Jeder der Stegabschnitte 300 kann einen U-förmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, dessen Breite zur Stromaufseite progressiv abnimmt, und die Anzahl der Stegabschnitte 300 ist nicht auf vier begrenzt.
Als Einrichtung zum teilweisen Unterbrechen des Fluidgemischstroms können über Öffnungen 25 der Gaseinspritzdüsen 24 jeweils Luftstrahlen 26 zum mittleren Abschnitt der Gemischdüse 2 eingespritzt werden, wie im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben.
Wie in 41 gezeigt, können die Stegabschnitte und die Luftstrahlen derart kombiniert verwendet werden, daß die Luftstrahlen jeweils mit den Stegabschnitten ausgerichtet sind.
Wie in 44 gezeigt, werden stromabseitig des äußeren Flammenstabilisators 204 und des inneren Flammenstabilisators 206 Bereiche A gebildet, an denen aufgrund von Turbulenzwirbeln Umwälzströme entstehen. Die pulverisierte Kohle mit einer verhältnismäßig geringen Partikelgröße wird in die Bereiche A gezogen und verbrannt, wodurch Verbrennungsgas mit einer hohen Temperatur erzeugt wird. Dieses Verbrennungsgas mit hoher Temperatur strömt vom äußeren Flammenstabilisator 204 die Brückenabschnitte 300 entlang zum inneren Flammenstabilisator 206 und fördert die Entzündung des Fluidgemischs an der Oberfläche des inneren Flammenstabilisators 206.
In der vorstehenden Beschreibung bezeichnen identische Bezugszeichen identische Elemente oder Elemente, die ähnliche Wirkungen erzielen, und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann auf einen in einer Verbrennungsvorrichtung, wie einen Boiler, einen Heizofen und einen Heißwindofen, verwendeten Brenner angewendet werden.

Claims

Brenner mit – einer Gemischdüse (2), die einen Fluidgemischkanal bildet, durch den ein Fluidgemisch (1), das pulverförmigen festen Brennstoff und Transportgas enthält, in einen Ofen (4) strömt, – einem Gaskanal (6), der die Gemischdüse (2) umgibt und durch den Luft strömt, – einem am entfernten Ende der Gemischdüse (2) vorgesehenen Flammenstabilisierungsring (3) und – mehreren in der Nähe des Umfangs des entfernten Endes der Gemischdüse (2) vorgesehene Lufteinspritzdüsen (24) zum Einspritzen von Luftstrahlen zum mittleren Abschnitt der Gemischdüsen (2), dadurch gekennzeichnet daß die Einspritzdüsen (24) mit der vorgegebenen Breite (b), durch die stromabseitig des entfernten Endes senkrecht zum mittleren Abschnitt der Gemischdüse (2) oder radial zur Stromaufseite in der Gemischdüse (2) Luftstrahlen (26) zur Stabilisierung der Flamme eingespritzt werden, stromabseitig des entfernten Endes der Gemischdüse (2) in der Nähe ihres äußeren Umfangs vorgesehen sind.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft für die Luftstrahlen (26) vorgewärmt wird.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (24) schwenkbar oder axial beweglich sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der den Einspritzdüsen (24) zugeführten Luft zur Stabilisierung der Flamme entsprechend der Last des Brenners gesteuert wird.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Breiten (b) der Einspritzdüsen (24) im Bereich von 10 bis 50 % der Umfangslänge des entfernten Endes der Gemischdüse (2) liegt.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenstabilisierungsring (3) einen äußeren Umfangsabschnitt mit einem L-förmigen Querschnitt aufweist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am entfernten Ende des Flammenstabilisierungsrings (3) eine radial äußere Trennscheibe (116) vorgesehen ist, die die sekundäre Luft von der Brennerflamme trennt und die sekundäre Luft unmittelbar stromabseitig des Flammenstabilisierungsrings (3) mit dem heißen Gas mischt.
Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennscheibe (116) mehrere Trennplatten umfaßt, die den sekundären Luftstrom am äußeren Umfang des Auslasses der Gemischdüse (2) in Sektionen unterteilen.
Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennscheibe (116) mehrere Trennplatten umfaßt, die in bezug auf die Achse der Gemischdüse (2) in einem vorgegebenen Winkel geneigt sind und einander in der Umfangsrichtung überlappen, wobei zwischen je zwei nebeneinander liegenden Platten schlitzartige Spalten ausgebildet sind.