EP0543155A1 - Method for a low-pollutant combustion in a power plant boiler - Google Patents
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- EP0543155A1 EP0543155A1 EP92117799A EP92117799A EP0543155A1 EP 0543155 A1 EP0543155 A1 EP 0543155A1 EP 92117799 A EP92117799 A EP 92117799A EP 92117799 A EP92117799 A EP 92117799A EP 0543155 A1 EP0543155 A1 EP 0543155A1
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- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
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- F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
- F23C7/06—Disposition of air supply not passing through burner for heating the incoming air
Definitions
- the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1. It also relates to a burner for carrying out this method.
- the invention seeks to remedy this.
- the invention is based on the object of proposing precautions in a method of the type mentioned at the outset which bring about a minimization of pollutant emissions, in particular noxious emissions.
- the proposed solution is a double air staging method.
- the substoichiometric operation of a boiler can reduce nitrogenous fuel compounds.
- Reaction kinetic studies show a pronounced optimum for the air ratio.
- the reduction mechanism increases with increasing air preheating.
- the optimum shifts to richer operating conditions. If fuel and air are premixed, a combustion process can be realized at the optimum point.
- the main advantage of the invention is that, as a result of these findings, the air is preheated above the previous level before a very rich, but homogeneous mixture of fuel and primary air is generated in burners, the mixture then being partially burned in a pre-combustion chamber becomes.
- Another advantage of the invention is that the flame tube of the pre-combustion chamber can simultaneously serve as a heat exchanger for the combustion air.
- Another important advantage of the invention is that the proposed solution is ideal for retrofit equipment of the best boilers, because with the solution the heat content of the exhaust gases corresponds to the value that was obtained during the previous staged operation of the boiler. This maintains the performance in the lower area of the evaporator. As in previous boilers with staged operation, the upper level is used to admix the residual air.
- Fig. 1 shows a schematic view of a conventional power plant boiler 22 for steam generation.
- a conventional power plant boiler 22 for steam generation can be a multi-pressure boiler, as the various high-pressure, medium-pressure and low-pressure heat exchangers 30, 31, 32 show downstream of the furnace.
- the core of the boiler 22, however, is the actual firing, which is located at the top of the boiler 22. It is formed by a series of pre-combustion chambers 24 which are distributed over the circumference of the boiler 22 and which are each equipped with at least one burner 25a-c.
- the combustion process of this boiler is operated with a double air step.
- the burner 25a-c operated with a primary air flow, this air consisting of at least a portion of fresh air 26 which, as will be explained in detail below in FIG.
- a liquid fuel 12 is preferably provided as the fuel for operating these burners 25a-c. Of course, other fuels can also be used. With regard to the mode of operation of the burner 25a-c preferably used here, reference is made to FIGS. 3-6.
- This upper level as the admixture point of the residual air 29, provides for heat dissipation to the evaporator 22a, the temperatures therefore being relatively low, so that strong thermal NOx formation when this air is mixed in can be prevented.
- the pre-combustion chamber is operated with a ⁇ of 0.6-0.65. A ⁇ of 0.75 then prevails in the boiler 22 itself. Only after the residual air 29 has been injected does ⁇ rise to 1.05. The substoichiometric operation of this boiler 22 enables nitrogen-containing fuel compounds to be reduced. The reduction mechanism increases with increasing Air preheating, which already indicates how the caloric preparation will take place.
- the residence time of the rich but homogeneous mixture in the pre-combustion chamber 24, which is generated from fuel 12 and primary air, and which is partially burned in the pre-combustion chamber 24, must be selected so that the breakdown of the nitrogen compounds is well advanced.
- a weak gas of very high temperature At the end of the pre-combustion chamber 24 there is in any case a weak gas of very high temperature. With this boiler configuration it is achieved that rapid mixing into the lean gas is achieved, so that it is possible to add a certain amount of air 27 to the lean gas without the nitrogen compounds increasing. The reason for this is that these nitrogen compounds have largely been broken down in the pre-combustion chamber 24, but that the state reached is higher than the thermodynamic equilibrium for the mixture of primary air (FIG. 2, item 26a) and secondary air 27 indicates.
- the primary air 26 reaches the head of the pre-combustion chamber 24 from the air distributor and is distributed evenly over the circumference. In an annular gap 24b, the primary air 26 is led to the end of the pre-combustion chamber 24 on the boiler side and cools both the flame tube and the housing 24a. At the end of the boiler, the air 26 is deflected by 180 ° and then flows back through the flame tube 24c to the burner side.
- the flame tube 24c itself consists of an outer cylinder in which profiles are welded along. A strong ribbing can be achieved by suitable choice of the profiles. This is especially necessary in the vicinity of the burner, where the highest heat loads occur.
- the air 26 is heated to combustion air 26a as it flows through the flame tube 24c.
- So-called double-cone burners 25a, 25b, 25c are used as burners.
- the preheated fuel 12 is atomized with steam as the auxiliary medium in the head of the burners 25a, 25b, 25c.
- the front of the combustion chamber in which the burners are installed is provided with a heat layer, not shown.
- the nozzle at the end of the pre-combustion chamber 24 is water-cooled 35.
- the water circuit is connected upstream or in parallel to the evaporator in the boiler 22.
- the end of the pre-combustion chamber 24 is preferably characterized by a taper 36, so that any existing combustion openings in the evaporator of the boiler 22 do not have to be enlarged.
- part of the primary air 26 is branched off and, after its flow has been accelerated as secondary air 27 in the form of individual jets, is introduced into the interior 24d of the pre-combustion chamber 24 via corresponding passage openings 34.
- This admixture takes place in the area of the taper 36 of the pre-combustion chamber 24.
- This admixture must be admixed as homogeneously and quickly as possible.
- Supports 37 are provided in the area of the burners, which create the connection between housing 24a and flame tube 24c.
- the burners 25a, 25b, 25c are distributed per preburning chamber on three levels arranged one above the other.
- the system accordingly has 12 burners operated.
- the configuration is particularly advantageous in the case of retrofit equipment, because the power of the power plant boiler 22 can be varied as required or adapted to the respective conditions without additional space requirements.
- a larger number of burners can also be provided per pre-combustion chamber 24; the pre-combustion chamber 22 can also be operated only with one burner.
- the air for primary air 26 and secondary air 27 can be provided together or separately (+ 1 degree of freedom).
- the burner 25a-c according to FIG. 3 consists of two half hollow conical partial bodies 1, 2, which are radially offset from one another with respect to their longitudinal axis of symmetry.
- the offset of the respective longitudinal axis of symmetry 1b, 2b to one another creates a tangential air inlet slot 19, 20 on both sides of the partial bodies 1, 2 in the opposite inflow arrangement (cf. FIGS. 4-6), through which the combustion air already mentioned in the previous figures 26a flows into the interior 14 of conical shape formed by the conical sub-bodies 1, 2.
- the conical shape of the partial bodies 1, 2 shown in the flow direction has a certain fixed angle.
- the partial bodies 1, 2 can have a progressive or degressive taper in the direction of flow. The latter two forms are not drawn recorded, since they are easily sensitive.
- the two conical partial bodies 1, 2 each have a cylindrical starting part 1a, 2a, which, analogous to the partial bodies 1, 2, are offset from one another, so that the tangential air inlet slots are present throughout the entire length of the burner 25a-c.
- These initial parts can also take on a different geometric shape, and sometimes they can also be omitted entirely.
- this cylindrical starting part 1a, 2a there is a nozzle 3, through which a fuel 12, preferably oil or fuel mixture, is injected into the interior 14 of the burner 25a-c.
- This fuel injection 4 coincides approximately with the narrowest cross section of the interior 14.
- a further fuel supply 13, here preferably gas, is supplied via a line 8, 9 integrated into each of the partial bodies 1, 2, and is mixed with the combustion air 26a via a number of nozzles 17.
- the mixing takes place in the region of the entry into the interior 14 instead, in order to achieve an optimal speed-related admixture 16.
- Mixed operation with both fuels 12, 13 via the respective injection is of course possible.
- the outlet opening of the burner 25a-c merges into a front wall 10, in which a number of bores 10a are provided, in order to inject a certain amount of dilution air or cooling air into the interior space 24d of the pre-combustion chamber 24 if required.
- the liquid fuel 12 brought in through the nozzle 3 is injected into the interior 14 at an acute angle in such a way that the most conical spray pattern possible on the length of the burner 25a-c up to the burner outlet plane, which is only possible if the inner walls the partial body 1, 2 are not wetted by the fuel injector 4, which can be, for example, an air-assisted nozzle or pressure atomization.
- the concentration of the injected liquid fuel or mixture 12 is continuously increased by the combustion air 26a flowing through the tangential air inlet slots 19, 20 into the interior 14 of the burner 25a-c, which may also be a fuel / air mixture, and possibly below With the help of the other combustion air flow 15, continuously reduced.
- the optimal homogeneous fuel concentration over the cross-section is achieved in the area of the vortexing, ie in the area of the backflow zone 6.
- the ignition takes place at the top of the return flow zone 6. Only at this point can a stable flame front 7 arise.
- the combustion air 26a, 15 is preheated, an accelerated, holistic evaporation of the fuel occurs before the point at the outlet of the burner 25a-c is reached at which the ignition of the mixture takes place.
- the treatment of the combustion air streams 26a, 15 can be expanded by adding recirculated exhaust gas.
- the guide plates 21a, 21b have a flow introduction function, whereby, depending on their length, they extend the respective end of the conical partial bodies 1, 2 in the direction of flow of the combustion air 26a.
- the channeling of the combustion air 26a into the interior 14 of the burner 25a-c can be optimized by opening or closing the baffles 21a, 21b around a pivot point 23 placed in the area of the entry into the interior 14, in particular this is necessary if the original gap size the tangential air inlet slots 19, 20 is changed.
- the burner 25a-c can also be operated without baffles 21a, 21b, or other aids can be provided for this.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch einen Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens.The present invention relates to a method according to the preamble of
Bei Kraftwerkskesseln, bei welchen mit einer Vormischung gefahren wird, muss stets mit sehr niedrigen Luftzahlen operiert werden. Dies führt regelmässig und zwangsläufig dazu, dass wegen der mit dieser Verbrennungsart entstehenden Atmosphäre eine nicht zu unterschätzende Korrosionsgefahr entsteht. An den kalten Kesselwänden kommt es potentiell zu Ablagerungen, welche die Gefahr einer Russ- bzw. Asphaltemission auslösen. Nach der jeweiligen Ausbrandstufe entstehen zu hohen Temperaturen, die einen höheren thermischen NOx-Ausstoss auslösen.Power plants that use premixing always have to operate with very low air ratios. This regularly and inevitably leads to the risk of corrosion, which should not be underestimated, due to the atmosphere created with this type of combustion. Deposits on the cold boiler walls potentially trigger the risk of soot or asphalt emissions. After the respective burn-out stage, temperatures are too high which trigger a higher thermal NOx emission.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art Vorkehrungen vorzuschlagen, welche eine Minimierung der Schadstoff-Emissionen, insbesondere Nox-Emissionen, bewirken.The invention seeks to remedy this. The invention, as characterized in the claims, is based on the object of proposing precautions in a method of the type mentioned at the outset which bring about a minimization of pollutant emissions, in particular noxious emissions.
Die vorgeschlagene Lösung ist ein Verfahren mit doppelter Luftstufung. Durch unterstöchiometrischen Betrieb eines Kessels lassen sich stickstoffhaltige Brennstoffverbindungen reduzieren. Reaktionskinetische Studien Zeigen ein ausgeprägtes Optimum für die Luftzahl. Der Reduktionsmechanismus verstärkt sich mit steigender Luftvorheizung. Das Optimum verschiebt sich dabei zu fetteren Betriebsbedingungen. Wenn Brennstoff und Luft vorgemischt werden, ist ein Verbrennungsablauf im Optimalpunkt realisierbar.The proposed solution is a double air staging method. The substoichiometric operation of a boiler can reduce nitrogenous fuel compounds. Reaction kinetic studies show a pronounced optimum for the air ratio. The reduction mechanism increases with increasing air preheating. The optimum shifts to richer operating conditions. If fuel and air are premixed, a combustion process can be realized at the optimum point.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass als Folge dieser Erkenntnisse die Luft über das bisherige Niveau vorerwärmt wird, bevor in Brennern ein sehr fettes, aber homogenes Gemisch aus Brennstoff und Primärluft erzeugt wird, wobei das Gemisch dann in einer Vorbrennkammer teilweise verbrannt wird. Dabei wird die Aufenthaltzeit in dieser Vorbrennkammer so gewählt, dass der Abbau der Stickstoffverbindungen (TFN = total fixed nitrogen) weit fortgeschritten ist.The main advantage of the invention is that, as a result of these findings, the air is preheated above the previous level before a very rich, but homogeneous mixture of fuel and primary air is generated in burners, the mixture then being partially burned in a pre-combustion chamber becomes. The time spent in this pre-combustion chamber is selected so that the breakdown of nitrogen compounds (TFN = total fixed nitrogen) is well advanced.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Flammrohr der Vorbrennkammer gleichzeitig als Wärmeübertrager für die Verbrennungsluft dienen kann.Another advantage of the invention is that the flame tube of the pre-combustion chamber can simultaneously serve as a heat exchanger for the combustion air.
Ein weiterer Vorteil ist sodann darin zu sehen, dass am Ende der Vorbrennkammer ein Schwachgas von sehr hoher Temperatur vorliegt. Wenn nun eine schnelle Einmischung in das Schwachgas erreicht werden kann, ist es möglich, eine gewisse Menge Luft zum Schwachgas zuzugeben, ohne dass die TFN-Verbindungen ansteigen. Der Grund hierfür ist darin zu suchen, dass diese Verbindungen in der Vorbrennkammer weitgehend abgebaut worden sind, dass der erreichte Zustand aber höher ist, als es das thermodynamische Gleichgewicht für die Mischung aus Primärluft und Sekundärluft angibt.
Daraus ergibt sich ein weiterer Vorteil, als eine weitere Reduktion im Verdampfer des Kessels nach einem leichten TFN-Anstieg durch nicht hinreichend schnelle Einmischvorgänge.A further advantage can then be seen in the fact that a low-temperature gas of very high temperature is present at the end of the pre-combustion chamber. If rapid mixing into the lean gas can now be achieved, it is possible to add a certain amount of air to the lean gas without increasing the TFN connections. The reason for this is that these compounds have largely been broken down in the pre-combustion chamber, but that the state reached is higher than the thermodynamic equilibrium for the mixture of primary air and secondary air indicates.
This has another advantage over another Reduction in the evaporator of the boiler after a slight increase in TFN due to insufficiently rapid mixing processes.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass sich die vorgeschlagene Lösung bestens für Retrofit-Ausrüstungen bestender Kessel, denn mit der Lösung entspricht der Wärmeinhalt der Abgase dem Wert, der sich beim vorgängigen gestuften Betrieb des Kessels eingestellt hat. Damit wird die Leistung im unteren Bereich des Verdampfers aufrecht erhalten. Die obere Ebene dient, wie in bisherigen Kesseln mit gestuftem Betrieb der Fall ist, der Zumischung der Restluft. Aufgrund der Wärmeabfuhr zum Verdampfer sind die Temperaturen relativ niedrig, und eine starke thermische NOx-Bildung beim Einmischen der Luft kann verhindert werden
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ferner darin zu sehen, dass mit der Luftzugabe am Ende der Vorbrennkammer verhindert werden kann, dass aggressive, stark unterstöchiometrische Abgase mit dem Verdampfer in Berührung kommen, womit ein chemischer Angriff der Röhrwände, Ablagerungen aus brennstoffreichen Zonen an kalten Wänden unterbunden wird.Another important advantage of the invention is that the proposed solution is ideal for retrofit equipment of the best boilers, because with the solution the heat content of the exhaust gases corresponds to the value that was obtained during the previous staged operation of the boiler. This maintains the performance in the lower area of the evaporator. As in previous boilers with staged operation, the upper level is used to admix the residual air. Due to the heat dissipation to the evaporator, the temperatures are relatively low and strong thermal NOx formation when the air is mixed in can be prevented
Another advantage of the invention can be seen in the fact that the addition of air at the end of the pre-combustion chamber can prevent aggressive, strongly substoichiometric exhaust gases from coming into contact with the evaporator, with the result that the tube walls are chemically attacked and deposits from fuel-rich zones on cold walls is prevented.
Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the task solution according to the invention are characterized in the further claims.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. All elements not necessary for the immediate understanding of the invention have been omitted. The same elements are provided with the same reference symbols in the various figures. The direction of flow of the media is indicated by arrows.
Es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Ansicht eines Kraftwerkskessels,
- Fig. 2
- eine Vorbrennkammer, wobei die Brennleistung durch auf drei Ebenen verteilte Brenner,
- Fig. 3
- einen Brenner von der Form eines Kegelbrenners, in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten und
- Fig.4-6
- entsprechende Schnitte durch die Ebenen IV-IV (= Fig. 4), V-V (= Fig. 5) und VI-VI (= Fig. 6), wobei diese Schnitte nur eine schematische, vereinfachte Darstellung des Kegelbrenners gemäss Fig. 3 wiedergeben.
- Fig. 1
- a schematic view of a power plant boiler,
- Fig. 2
- a pre-combustion chamber, the combustion performance being achieved by burners distributed over three levels,
- Fig. 3
- a burner in the form of a cone burner, in perspective, cut open accordingly and
- Fig. 4-6
- corresponding sections through the planes IV-IV (= Fig. 4), VV (= Fig. 5) and VI-VI (= Fig. 6), these sections representing only a schematic, simplified representation of the cone burner according to FIG. 3.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines üblichen Kraftwerkskessels 22 zur Dampferzeugung. Grundsätzlich kann es sich um ein Mehrdruckkessel handelt, wie die verschiedenen stromab der Feuerung ersichtlichen Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruck-Wärmeaustauscher 30, 31, 32 zeigen. Kern des Kessels 22 ist indessen die eigentliche Befeuerung, welche sich am Kopf des Kessels 22 befindet. Sie ist durch eine Reihe von Vorbrennkammern 24, welche auf den Umfang des Kessels 22 verteilt sind, und welche je mit mindestens einem Brenner 25a-c bestückt sind. Das Verbrennungsverfahren dieses Kessels wird mit einer doppelten Luftstufung betrieben. Zunächst wird der Brenner 25a-c mit einem primären Luftstrom betrieben, wobei diese Luft aus mindestens einem Teil Frischluft 26 besteht, welche, wie noch unter Fig. 2 detailliert zur Ausführung gelangen wird, einer kalorischen Behandlung zu Primärluft unterzogen wird. Als Brennstoff zum Betreiben dieser Brenner 25a-c ist vorzugsweise ein flüssiger Brennstoff 12 vorgesehen. Selbstverständlich können auch andere Brennstoffe zum Einsatz kommen. Ueber die Betreibungsart des hier vorzugsweise eingesetzten Brenners 25a-c wird auf die Fig. 3-6 verwiesen. Ein sekundärer Luftstrom 27, dessen Luft ein Teil der Frischluft 26 ist, wird, vorzugsweise unbehandelt, wobei eine kalorische Behandlung nicht ausgeschlossen zu werden braucht, direkt am Uebergangsstück der Vorbrennkammer 24 in den Kessel 22 eingedüst. Diese Luftzugabe am Ende der Vorbrennkammer 24 verhindert, dass aggressive, stark unterstöchiometrische Abgase mit dem Verdampfer 22a in Berührung kommen, so dass ein chemischer Angriff auf die Röhrwände, oder Ablagerungen aus brennstoffreichen Zonen an kalten Wänden nicht entstehen können. Eine konstruktive Lösung einer solchen Vorbrennkammer ist in Fig. 2 ersichtlich. Stromab der Vorbrennkammern 24 sind auf dem Umfang des Kessels 22 eine Anzahl Düsen 28 plaziert, über welche ein tertiärer Luftstrom 29, als Restlufteindüsung, in den Kessel 22 eingebracht wird. Diese obere Ebene, als Zumischungsort der Restluft 29, sorgt für eine Wärmeabfuhr zum Verdampfer 22a, wobei mithin die Temperaturen relativ niedrig sind, so dass eine starke thermische NOx-Bildung beim Einmischen dieser Luft verhindert werden kann. Von der Stöchiometrie her betrachtet, ist zu vermerken, dass in der Vorbrennkammer mit einem λ von 0,6-0,65 gefahren wird. Im Kessel 22 selbst herrscht dann ein λ von 0,75. Erst nach der Eindüsung der Restluft 29 steigt λ auf 1,05. Durch den unterstöchiometrischen Betrieb dieses Kessels 22 lassen sich stickstoffhaltige Brennstoffverbindungen reduzieren. Der Reduktionsmechanismus verstärkt sich dabei mit steigender Luftvorheizung, womit bereits angedeutet wird, wie die kalorische Aufbereitung vonstatten gehen wird.
Grundsätzlich muss die Aufenthaltzeit des fetten aber homogenen Gemisches in der Vorbrennkammer 24, das aus Brennstoff 12 und Primärluft erzeugt wird, und das in der Vorbrennkammer 24 teilweise verbrannt wird, so gewählt werden, dass der Abbau der Stickstoffverbindungen weit fortgeschritten ist. Am Ende der Vorbrennkammer 24 liegt in jedem Fall ein Schwachgas von sehr hoher Temperatur vor. Mit dieser Kesselkonfiguration wird erreicht, dass eine schnelle Einmischung in das Schwachgas erreicht wird, so dass es möglich ist, eine gewisse Menge Luft 27 zum Schwachgas zu geben, ohne dass die Stickstoffverbindungen ansteigen. Der Grund hierfür ist, dass diese Stickstoffverbindungen in der Vorbrennkammer 24 weitgehend abgebaut worden sind, dass der erreichte Zustand aber höher ist als es das thermodynamische Gleichgewicht für die Mischung aus Primärluft (Fig. 2, Pos. 26a) und Sekundarluft 27 angibt. Infolgedessen erfolgt eine weitere Reduktion im Verdampfer 22a des Kessels 22 nach einem leichten anstieg der Stickstoffverbindungen durch nicht hinreichend schnelle Einmischvorgänge. Die Abgase zum Kamin sind mit der Pos. 33 gekennzeichnet. Wie schon in der Eingang der Beschreibung eignet sich diese Technik vorzüglich bestehender Kessel in einfachster und billiger Weise umzurüsten und sie mit dem am geeignesten Ort angestrebten Luftmangel zu betreiben. Regelmässig wird man bei bestehenden Kesseln das vorhandene Frischluftgebläse verwenden können, allenfalls durch leichte Modifikationen zu ergänzen. Ebenso verhält es sich betreffend die Luftvorwärmung, die Luftverteiler, die Tertiärluftzugabe, den Kessel selbst sowie das Abgasgebläse. Was die Vorbrennkammer 24 betrifft, als Herzstück der vorgeschlagenen Technik, wird auf Fig. 2 verwiesen.Fig. 1 shows a schematic view of a conventional
Basically, the residence time of the rich but homogeneous mixture in the
Fig. 2 zeigt eine Vorbrennkammer 24. Die Primärluft 26 gelangt vom Luftverteiler in den Kopf der Vorbrennkammer 24 und verteilt sich gleichmässig über den Umfang. In einem Ringspalt 24b wird die Primärluft 26 zum kesselseitigen Ende der Vorbrennkammer 24 geführt und kühlt dabei sowohl das Flammrohr als auch das Gehäuse 24a. Am kesselseitigen Ende wird die Luft 26 um 180° umgelenkt und strömt dann durch das Flammrohr 24c zur Brennerseite zurück. Das Flammrohr 24c selbst besteht aus einem äusseren Zylinder, in welchen längs Profile eingeschweisst sind. Durch geeignete Wahl der Profile ist eine starke Verrippung erreichbar. Dies ist speziell in der Nähe des Brenners notwendig, wo die höchsten Wärmebelastungen auftreten. Die Luft 26 wird beim Durchströmen des Flammrohres 24c zu Verbrennungsluft 26a aufgeheizt. Als Brenner gelangen sogenannte Doppelkegelbrenner 25a, 25b, 25c zum Einsatz. Der vorgewärmte Brennstoff 12 wird mit Dampf als Hilfsmedium im Kopf der Brenner 25a, 25b, 25c zerstäubt. Die Stirnseite des Brennraumes, in welchen die Brenner eingebaut sind, ist mit einer nicht dargestellten Wärmeschicht versehen. Die Düse am Ende der Vorbrennkammer 24 ist wassergekühlt 35. Der Wasserkreislauf wird dem Verdampfer im Kessel 22 vor- oder parallelgeschaltet. Das Ende der Vorbrennkammer 24 ist vorzugsweise durch eine Verjüngung 36 charakterisiert, so dass etwaige schon vorhandene Brennöffnungen im Verdampfer des Kessels 22 nicht vergrössert werden müssen. Im Bereich der 180°-Umlenkung wird ein Teil der Primärluft 26 abgezweigt, und nach einer Beschleunigung ihrer Strömung als Sekundärluft 27 in Form von Einzelstrahlen über entsprechende Durchtrittsöffnungen 34 in den Innnenraum 24d der Vorbrennkammer 24 eingeführt. Diese Zumischung geschieht im Bereich der Verjüngung 36 der Vorbrennkammer 24. Diese Zumischung muss möglichst homogen und schnell zugemischt werden. Im Bereich der Brenner sind Supporte 37 vorgesehen, welche die Verbindung zwischen Gehäuse 24a und Flammrohr 24c erstellen. Die Brenner 25a, 25b, 25c sind pro Vorbrennkammer auf drei übereinander angeordnete Ebenen verteilt. Bei beispielsweise 4 auf den Umfang des Kessels 22 verteilte Vorbrennkammern 24 wird die Anlage demnach mit 12 Brennern betrieben. Die Konfiguration ist besonders bei einer Retrofit-Ausrüstung vorteilhaft, denn die Leistung des Kraftwerkskessels 22 kann dadurch ohne zusätzliche Platzbeanspruchung beliebig variiert oder den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden. Selbstverständlich kann auch eine grössere Anzahl Brenner pro Vorbrennkammer 24 vorgesehen werden; die Vorbrennkammer 22 kann auch bloss mit einem Brenner betrieben werden. Die Luft für Primärluft 26 und Sekundärluft 27 kann zusammen oder getrennt (+ 1 Freiheitsgrad) bereitgestellt werden.2 shows a
Um den Aufbau des Brenners 25a-c besser verstehen zu können, ist es vom Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 3 die einzelnen darin ersichtlichen Schnitte, entsprechend Fig. 4-6, herangezogen werden. Des weiteren, um die Uebersichtlichkeit der Fig. 3 hoch zu halten, sind in ihr die nach Fig. 4-6 schematisch gezeigten Leitbleche 21a, 21b nur andeutungsweise aufgenommen worden. Im folgenden wird fortlaufend nach Bedarf bei der Beschreibung von Fig. 3 auf die anderen Figuren hingewiesen.
Der Brenner 25a-c gemäss Fig. 3 besteht aus zwei halben hohlen kegeligen Teilkörpern 1, 2, die bezüglich ihrer Längssymmetrieachse radial versetzt zueinander, aufeinander stehen. Die Versetzung der jeweiligen Längssymmetrieachse 1b, 2b zueinander schafft auf beiden Seiten der Teilkörper 1, 2 in entgegengesetzter Einströmungsanordnung jeweils einen tangentialen Lufteintrittsschlitz 19, 20 frei (Vgl. hierzu Fig. 4-6), durch welche die in den vorgehenden Figuren bereits erwähnte Verbrennungsluft 26a in den von den kegeligen Teilkörper 1, 2 gebildeten Innenraum 14 von kegeliger Form strömt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 1, 2 in Strömungsrichtung weist einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Einsatz, können die Teilkörper 1, 2 in Strömungsrichtung eine progressive oder degressive Kegelneigung aufweisen. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie ohne weiteres nachempfindbar sind. Die beiden kegeligen Teilkörper 1, 2 weisen je einen zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a auf, welche, analog zu den Teilkörper 1, 2, versetzt zueinander verlaufen, so dass die tangentialen Lufteintrittsschlitze durchgehend über die ganze Länge des Brenner 25a-c vorhanden sind. Diese Angfangsteile können auch eine andere geometrische Form einnehmen, sie können bisweilen auch ganz weggelassen werden. In diesem zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a ist eine Düse 3 unterbegracht, über welche ein Brennstoff 12, vorzugsweise Oel, oder Brennstoffgemisch, in den Innnenraum 14 des Brenners 25a-c eingedüst wird. Diese Brennstoffeindüsung 4 fällt in etwa mit dem engsten Querschnitt des Innenraumes 14 zusammen. Eine weitere Brennstoffzufuhr 13, hier vorzugsweise Gas, wird über je eine an die Teilkörper 1, 2 integrierte Leitung 8, 9 herangeführt, und über eine Anzahl von Düsen 17 der Verbrennungsluft 26a zugemischt 16. Die Zumischung findet im Bereich des Eintrittes in den Innenraum 14 statt, dies um eine optimale geschwindigkeitsbedingte Zumischung 16 zu erreichen. Selbstverständlich ist ein Mischbetrieb mit beiden Brennstoffen 12, 13 über die jeweilige Eindüsung möglich. Vorbrennkammerseitig 24 geht die Ausgangsöffnung des Brenners 25a-c in eine Frontwand 10 über, in welcher eine Anzahl Bohrungen 10a vorgesehen sind, dies um bei Bedarf eine bestimmte Menge Verdünnungsluft oder Kühlluft in den Innernraum 24d der Vorbrennkammer 24 einzudüsen. Der durch die Düse 3 herangeführte flüssige Brennstoff 12 wird in einem spitzen Winkel in den Innenraum 14 eingedüst, dergestalt, dass sich auf der Länge des Brenners 25a-c bis zur Brenneraustrittsebene ein möglichst homogenes kegeliges Sprühbild einstellt, was nur möglich ist, wenn die Innenwände der Teilkörper 1, 2 durch die Brennstoffeindüsung 4, bei welcher es sich beispielsweise um eine luftunterstützte Düse oder um eine Druck-Zerstäubung handeln kann, nicht benetzt werden. Zu diesem Zweck wird das kegelige Flüssig brennstoffprofil 5 von den tangential einströmenden Verbrennungsluft 26a und, nach Bedarf, von einem weiteren achsial herangeführten Verbrennungsluftstrom 15 umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des eingedüsten flüssigen Brennstoffes oder Gemisches 12 fortlaufend durch die durch die tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 in den Innenraum 14 des Brenners 25a-c einströmenden Verbrennungsluft 26a, die auch ein Brennstoff/Luft-Gemisch sein kann, und allenfalls unter Mithilfe des anderen Verbrennungsluftstromes 15, fortlaufend abgebaut. In Zusammenhang mit der Eindüsung des flüssigen Brennstoffes 12 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 6, die optimale homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt erreicht. Die Zündung erfolgt an der Spitze der Rückströmzone 6. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront 7 entstehen. Ein Rückschlag der Flamme ins Innere des Brenners 25a-c, wie dies bei bekannten Vormischstrecken potentiell immer der fall sein kann, wogegen dort über komplizierte Flammenhalter Abhilfe gesucht wird, ist hier nicht zu befürchten. Ist die Verbrennungsluft 26a, 15 vorgewärmt, so stellt sich eine beschleunigte ganzheitliche Verdampfung des Brennstoffes ein, bevor der Punkt am Ausgang des Brenners 25a-c erreicht ist, an welchem die Zündung des Gemisches stattfindet. Die Aufbereitung der Verbrennungsluftströme 26a, 15 kann durch die Zumischung von rezirkuliertem Abgas erweitert werden. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 1, 2 hinsichtlich Kegelwinkel und Breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 sind enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluftströme mit ihrer Rückströmzone 6 im Bereich der Brennermündung zu einer Flammenstabilisierung einstellt. Allgemein ist zu sagen, dass eine Veränderung der Breite der Lufteintrittsschlitze 19, 20 zu einer Verschiebung der Rückströmzone 6 führt: die Verschiebung ist stromabwärts bei einer Verkleinerung der Lufteintrittsschlitze. Es ist indessen festzuhalten, dass die einmal fixierte Rückströmzone 6 an sich positionsstabil ist, denn die Drallzahl nimmt in Strömungsrichtung im Bereich des Brenners 25a-c zu. Wie bereits angedeutet, lässt sich die Axialgeschwindigkeit durch eine entsprechende Zuführung des axialen Verbrennungsluftstromes 15 verändern. Die Konstruktion des Brenners eignet sich vorzüglich, die tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20, den Bedürfnissen entsprechend, zu verändern, womit ohne Veränderung der Baulänge des Brenners 25a-c eine relativ grosse betriebliche Bandbreite erfasst werden kann.In order to be able to better understand the structure of the
The
Aus Fig. 4-6 geht nunmehr die geometrische Konfiguration der Leitbleche 21a, 21b hervor. Sie haben Strömungseinleitungsfunktion, wobei sie, entsprechend ihrer Länge, das jeweilige Ende der kegeligen Teilkörper 1, 2 in Anströmungsrichtung der Verbrennungsluft 26a verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft 26a in den Innenraum 14 des Brenners 25a-c kann durch Oeffnen bzw. Schliessen der Leitbleche 21a, 21b um einen im Bereich des Eintrittes in den Innenraum 14 plazierten Drehpunkt 23 optimiert werden, insbesondere ist dies vonnöten, wenn die ursprüngliche Spaltgrösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 verändert wird. Selbstverständlich kann der Brenner 25a-c auch ohne Leitbleche 21a, 21b betrieben werden, oder es können andere Hilfsmittel hierfür vorgesehen werden.4-6 now shows the geometric configuration of the
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