BURNER FOR PULVERISED COAL

Abstract: 1. Coal dust burner with a burner casing (1) through which air flows, which surrounds the flame chamber and has a dividing wall for guiding the air in such a way that the air flows axially in series through an outer (5) and an inner (6) casing, and thereupon is employed as carrier air, characterised in that a) the heated carrier air enters the dust mixture passage (36) leading from the bunker (35) to the burner, at the bunker outlet, b) the burner is located in the firebox in such a way that the burner casing (1) is subjected to the firebox temperature on its outer surface, c) the air in the burner casing (1) is directed by deflector plates (9, 10) along helical paths, and d) for regulation of the preheating of the air, cold air is admixed as carrier air in such a way that the temperature of the coal dust/carrier air mixture lies below the ignition temperature of the coal and the coal entry temperature amounts to 100 degrees C to 200 degrees C.

Description: Kohleverbrennung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung feingemahlener reaktionsträger Kohle. Bei der Verbrennung dieser Kohle ergeben sich häufig durch Erlöschen der Flamme und/oder Absinken der Verbrennuncster..peratur erhebliche Schwierigkeiten, die zu einer unvollständigen Verbrennung oder zur -Unterbrechnung des Verbrennungsvorgangs führen. Der Erfindung liegt daher dip Aufgabe zugrunde, derartige Storunren zu beseitigen. Dabei geht die Erfindung von dem Gedanken es, dass die Schwierigkeiten aus einer überlangen Zeit resultieren, die die Brennstoffpartikel brauchen, um nach dem Eintritt in den Verbrennungs- raum die Zündtemperatur zu erreichen. Das kann verschiedene Ursachen haben, zu denen unter anderem ein hoher Feuchtigkeitsgehalt gehört. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kohle vor Eintritt in den Verbrennungsraun. vorgewärmt wird. Eine besonders rcr- teilhafte Vorwärmung entsteht durch eine Luftkühlung des Benners und die Verwendung der erwärmten Kühlluft zur Vorwärmung der Kohle. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein Brenner mit einem h'ohl- mantel vorgesehen, durch den im Betriebsfall Kaltluft hindurchgeleitet wird und dessen Austrittsseite für die erwärmte Luft über eine zwiscner geschaltete Dosiereinrichtung für Kohlestaub mit der Brennereintrittsseite verbunden ist. In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Brenners1 Fig. 2 und 3 Einzelheiten des Brenners nach Fig. 1, Fig. 4 und 5 eine Kohlezuführung fUr den Brenner nach Fig. 1 - 3. Der dargestellte Brenner besitzt eine Leistung von S MW. Das liegt in der Mitte des für derartige Brenner vorgesehenen Leistungsbereiches von 0,5-10 MW. Der Brenner besitzt einen zylindrischen, doppelwandigen Stahlmantel 1, dessen eines Ende 2 offen und dessen anderes Ende 3 geschlossen ist. Am oberen Ende 3 ist der deppelwandige Stahlmantel 1 mit zwei Stutzen 4 für die Zuführung von Kaltluft versehen. Die Kaltluft soll im Betriebsfall durch die Sutzen 4 in den Stahlmantel 1 eintreten und zunächst am äusseren Mantel 5 entlang bis zun unter. Ende 2 und dann am inneren Mantel 6 entlang zu einem Austritts- stutzen 7 strömen. Dabei verhindert ein Führungsblech 8 zwischen dem inneren Mantel 5 und dem äusseren Mantel 6 einen Kurzschlussstrevon den Stutzen 4 in den Austrittsstutzen 7. Neben dem Führungs- blech 8 befinden sich noch Leitblecheg und 10 in dem doppelwendigen Stahlmantel 1. Das Leitblech 9 verläuft spiralfcrmig entlang der Innenseite des äuDeren Mantels 6 und ist an dem Mantel 6 befestigt. Das Leitblech 10 verläuft gleichfalls spiralförmig, aber entlang der Innenseite des Fuhrungsbleches 8. Das Leitblech 10 ist auch an dem Führungsblech 8 befestigt. Die Leitbleche 9 und 10 geben der durch den doppelwandigen Stahl mantel 1 strömenden Luft eine spiralförmige Strömung. Eine entgegengesetzte Steigung beider Leit- bleche 9 und 10 erlaubt eine gleichbleibende Drallrichtung der Luftströmung zwischen dem äusseren Mantel 6 und dem Führungsblech a bzw. dem inneren mantel 5 und dem Führungsblech 8. Eine Umkehrung der Drallrichtung Ware mit einem erheblich,en Strömungsverlust Lier. bunden. Die Leitbleche 9 und 10 bilden eingängige Spiralen, sie können aber auch als mehrgängige Spiralen ausgebildet sein. Der Austrittsstutzen 7 resultiert aus einer Verlängerung des inneren Mantels 5 und des Führungsbleches 8 über das obere Ende 3 hinaus. Der Stahlmantel bildet mit den Stutzen 4, den Mänteln 5 und 6, des Austrittsstutzen 7, dem Führungsblech 8 und den Leitblechen 9 unc eine Schweisskonstruktion. Innen ist der Stahlr..antel 1 mit einer keramischen Auskleidung 11 versehen. Der von der keramischen Auskleidung 11 umschlossene, bis auf das obere Ende zylindrische Hohlraum ist der erfindungsgemässe Flammenraum. Die keramische Auskleidung besteht teilweise aus Aluminiumoxyd bzw. Siliziumkarbit. Im Falle einer Verwendung von Siliziumkarbit beträgt der Anteil inr dieses Stoffes mind. 20 und höchstens 95 #. Anstelle der genannten Bestandteile können auch andere Bestandteile treten. Ferner kommt auch eine andere Auskleidung als eine keramische Auskleidung in Betracht. Jede Auskleidung .uB aber eine mittlere Wärmekapazität von 0,2 - 0,3 kcal/kg und Grad Kelvin bzw. 0,22 bis 0,35 Watt/kg und Grad Kelvin aufweisen. Im Ausführungsbeispiel liegt die Wärmekapazität bei 0,25 kcal/kg und Grad Kelvin. Die Wärmeleitzahl liegt zwischen einem und 20 Watt/m und Grad Kelvin. Bei gleichzeitiger Dicke der keramischen Auskleidung zwischen 10 und 50 r.-:i und einer Kühlung des Brennermantels mit einer Leistung zwischen 200 u nd 300 Watt/m2 und Grad Kelvin besitzt die Brennerwandung als Wärmeträger eine hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit, ohne dass die Gefahr eines Wärmestaues besteht. Der sich aus dem Stahlmantel 1 und der keramischen Auskleidung 11 ergebende Brennerdurchmesser beträgt 1200 trjr, gleichzeitig hat der Brenner eine Länge von 2000 mm. Dadurch ergibt sich ein Verhältnis der Brennerleistung von 0,5 MM pro m3 Flammenraum. Dieser ert liegt innerhalb des zulässigen Bereiches von 0,3 bis 0,7 MW pro m3. Der Bereich kennzeichnet eine relativ geringe Feuerraumbelastung und hat ein stabiles Feuerungsverhalten zur Folge. Ein instabiles Feuerungsverhalten stellt sich mit einiger Sicherheit bei einer Belastung von 2 MW/m3 und mehr ein. Alle in diesem Zusanrenhang genannten Feuerraumtelastungen sind auf 1 bar und 1 Stunde bezogen. Nach Fig. 1 ist am oberen Ende 3 des Stahlmantels aus Hertstellungs- gründen eine runde Wölbung der keramischen Auskleidung 11 gewählt worden. Die keramische Auskleidung 11 wird mit Hilfe eines Form- kernes in die aus Fig. 1 ersichtliche Form gebracht. Dabei hat der zur Auskleidung vorgesehene keramische Stoff zunächst eine bilesare Gestalt, d. h. wird der Stoff in Form Pines Schlickers oder ähnlich wie Formsand in den Hohlraum zwischen dem Formkern und den Stahl- mantel 1 gebracht bzw. der Formkern unter Verdrängung des vorher in den Stahlmantel 1 eingebrachten Stoffes gedrückt. Wesentlich ist, dass eine gleichmässige Materialverteilung während des Formvorganges stattfindet. Die gleichmässige Materialverteilung ergibt eine homogene Auskleidung 11. Die homogen Auskleidung gewährleistet hinsichtlich der Wärmeleitung und der Wärmespeicherung überall gleiche Bedingungen. Das zunächst bildsarne Material erfährt durch eine zumindest rit de.n Brennerbetrieb stattfindende Aushärtung seine endgültige keramische Verfestigung. Durch an dem inneren ttantel 5 befestigte Stifte cdor Matten oder Drähte, um die sich bei der Formgebung der Auskleidung 11 das Material herumlegt, entsteht eine feste Verbindung zwischen dem. Stahl mantel 1 und der keramischen Auskleidung 11. Dabei ergeben sic günstige Verhältnisse mit radial verlaufenden Stiften, die lediglich. in axialer Richtung des zylindrischen Stahlmantels 1 eine feste Ver- bindung bewirken und in radialer Richtung in der keramischen Auskleidung 11 gleiten, so dass eine unterschiedliche Warredehnung zwischen der keramischen Auskleidung 11 und dem Stahlmantel 1 für die keramische Auskleidung 11 keine Spannungen bringt. Die Wärmedehnung in axialer Richtung des zylindrischen Stahlmantels 1 wird durch Ub=-r- lappende Trennfugen kompensiert. Im Betriebsfall bewirkt die durch den Stahlmantel 1 strömende Klt- luft eine bestimmte Kühlung. Diese Kühlung kann auch mit Hilfe einer Wasserkühlung oder einer anderen Kühlung mit einem fliissigen Kühlmittel erreicht werden. Die nach Durchströmen des Stahl mantels 1 aus dem Austrittsstutzen 7 austretende Luft gelangt in eine Verteilerdecke 12. Die Verteilerdecke 12 ist mit dem Austrittsstutzen 7 verschraubt und besteht aus zwei sternförmigen Blechen 13 und 14, von denen das untere in der Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie III/III in Fig. 2 in Fig. 3 dargestellt ist. Die Bleche 13 und 14 besitzen innerhalb des von dem Austrittsstutzen 7 umschlossenen Bereiches eine Vielzahl gleichrassig am Umfang verteilter Ausnehmungen 15. Am Rand der Ausnehmungen 15 ist der Zwischenraum zwischen den beiden Blechen 13 und 14 durch Stege 16 dicht verschlossen. Desgleichen ist der Zwischenraum zwischen den Blechen 13 und 14 an deren äusserem Rand durch Stege 17 dicht verschlossen. Die Bleche 13 und 14 bilden mit den Stegen 16 und 17 eine Schweisskonstruktion. Die Ausnehmungen 15 in der geschweissten Verteilerdecke 12 dienen dem Zugang des Zwischenraumes 18 zwischen der Verteilerdecke 12 und dem oberen Ende 3 des Stahlmantels 1. Statt der gewählten, rhcmbenähnlichen Form kann auch eine runde Form für die Ausnehmungen 15 gewählt werden. Die runde Form hat erhebliche Fertigungsvorteile. Das gleiche gilt für einen runden Rand der Verteilerecke 12 statt des in Fig. 3 dargestellten sternförmigen Randes. Andererseits besitzt der sternförmige Rand Spitzen, die sich als Trichter nutzen lassen. Ein solche nutzung ist nach Fig. 3 vorgesehen, da sich in jeder Spitze eine Durchtrittsbchrung 19 befindet, die den Innenraum der Verteilerdecke 12 mit einem angeschweissten Rohrstutzen 20 verbindet. weder Rohrstutzen 20 setzt sich über ein zwischengeschaltetes Stellventil 21 in einer Rohrleitung 22 fort. Stellventile sind fur Brenner mit variable Betrieb vorgesehen. Bei konstantem Eetrieb erfolgt die Luftverteilung durch festgelegte Strcr.ungsquerschnitte. Alle Rohrleitungen 22 sind aussen am Stahlmantel 1 entlanggeführt und besitzen an dem der Verteilerdecke 12 abgewandten vorderen Ende einen Krümmer 23, der in einer Düse 24 genau vor den unteren Ende 2 des Stahlmantels 1 mündet. Die Düsen 24 sind unter dem Winke von 700 zu Längsachse des Stahlmantels 1 radial gegen die Längsachse gerichtet. Dar Winkel von 70 liegt innerhalb eines zulässigen Winkelbereiches von 60 bis 800. Wann die Düsen 24 genau auf die Längs- und mittelachse des Stahlm2ntels 1 zeigen, ist der Winkel zwischen der Düsenmittelazhse und dem durch die Mittel- und Längsachse des Stahlmantels 1 und die Düsenmitte gehenden Radius 0 . Im Bedarfsfall können die Düsen 24 aber auch an der Längs- und mittelachse des Stahlmantels 1 vorbeizeigen. Dabei ist ein Winkel von 30 zwischen der Düsenmittel- achse und dem die Düsenmitte schneidenden Radius noch zulässig. Die Rohrleitungen 22 sind durch Stege 25 und einen Brennerflansch 26, der zugleich den Stahlmantel 1 umschliegt, am Stahimantel 1 gehalten. mit dem Brennerflansch 26 wird der Brenner an einem nicht dargestellten Kessel montiert. Dann ragt er mit seinem vorderen Ende 2 bis zum Brennerflansch 26 in den Feuerungsraum des Kessels. Im Unterschied zu anderen Brennern, herkömmlichen Front-oder Deckenbrenner, deren Brennstoffeintritt im wesentlichen mit der Kesselwandung in einer Ebene liegt, besitzt der erfindungsgemässe Brenner innerhalb des Stahlmantels 1 und der keramischen Auskleidung 11 einen gegenüber dom übrigen Feuerungsraum des Kessels abgeschlossenen, geschützten Flammenraum oder Flammentunnel. Bei dem Brenner nach Fig. 1 bis 3 wird der Brennstoff in arm eines Staub/Luft-Cemisches durch eine zentrische, am oberen Ende des Stahlmantels 1 mündande Rohrleitung 27 in den Flammenraum eingetragen. Die Rohrleitung 27 wird oberhalb der Verteilerdecke 12 im Abstand von einer weiteren, mit der Varteilerdecke 12 verschweiOten Rohrleitung 28 umgeben. Unterhalb der Verteilerdecke 12 tt die Rohrleitung 27 in noch grösserem Abstand von einer dritten, mit dem oberen Ende 3 des Stahlmantels 1 ver schweissen Rohrleitung 29 umgeben. Zwischen den Rohrleitungen 27 und 29 besteht dadurch eine in den Flammenraum führende und mit der Verteilerdecke 12 verbundene Ringleitung 30. Oberhalb der Verteilerdecke 12 besteht gleichfalls eine mit 31 bezeichnote Ringleitung. Die Ringleitung 31 wird durch die Rohrleitungen 27 und 28 gebildet und ist wie die Ringleitung 30 Zenit der Verteilerdecke 12 verbunden. Das heisst, die aus dem Austrittsstutzen 7 austretene Luft wird durch die Verteilerdecke 12 in verschiedener Weise aufgeteilt. Sie gelangt in die in Düsen 24 mündenden Rohrleitungen 22, die Ringleitung 30 und die Ringleitung 31. Die Zuführung von Luft in die Ringleitungen 30 ond 31 wird dadurch erleichtert, dass die Ausnehmungen 15 Jeweils so in der Verteilerdecke engeordnet sind, dass die mit 32 bezeichneten Durchtritts öffnungen zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 15 jeweils Einer Durchtrittsbohrung 19 gegenüberliegen und die Stange 16 der Ausnehmungen 15 einen Trichter bilden. Es liegen 4ah dann die zu den Durchtrittsbohrungen 19 und den Durch ttSttsöffnungen 32 gehörenden Trichter, wie in Fig. 3 dargestellt, Jeweils genau gegenüber, so dass die aus dem Austrittsstutzen 7 austretene Luft optimal in die Durchtrittsbohrungen 19 und die Durchtrittsöffnungen 32 geleitet wird. jn der Verteilerdecke 12 findet eine Verteilung in bestimmten Verhältnissen statt. 10 bis 30 P der am Austrittsstutzen 7 anfallenden Luftmenge gelangt in die Ringleitung 31, 25 bis 50% dieser Gesamtluftmenge gelangt in die zu den Düsen 24 fahrenden Rohrleitungen 22. Der Rest tritt durch die Ringleitung 30 in den Flammenraum ein. Diese Verteilung lässt sich durch Regelglieder in den verschiedenen Leitungen durch Klappen und/oder Ventile, wie sie beispielsweise mit den Stellventilen 21 vorgesehen sind, regeln. Der Regelbereich soll jedoch möglichst klein sein, um die mit grossen Regelbereichen einhergehenden und aus konstruktiven Gründen resultierenden Strömungsverluste gering zu halten. Deshalb ist ein max. Regelbereich von 1 zu 2,5 vorgesehen. Ausserdem soll die Regelung des Luftstromes nach Fig. 1 bis 3 möglichst in einem Leitungsbereich, an den Stellventilen 21 der Rohrleitungen 22, stattfinden. Die Regelung erfolgt nach Messung der Durchtrittsgeschwindigkeit in den Rohrleitungen 22. Dazu sind Messblenden 33 in die Rohrleitungen 22 eng=baut. Dis Massblenden 33 etehon mit Pnzeige- vorrichtungen 34 inWirkverbindung. Anhand der angezeigten Werte werden bei Abweichung von vorgegebenen Sollwerten die Stellventile 21 von Hand nachgeregelt. Im übrigen sollen die Stellvssntile wie alle anderen ggf. vorgesehenen Ventile und Klappen zur Luftregelung sowohl während des eigentlichen Brennerbetriebes als auch während des Anfahrbetriebes konstant bleiben. Im Aus führungsbeispiel soll die Geschwindigkeit in den Rohrleitungen 22 bei Verbrennung von Anthrazitstaub in einer menge von 600 kg/h 80 m/Sek. betragen. Diese Geschwindigkeit entspricht einem Luftmengenanteil Von 95 % an der Gesamtluftmenge. Bei einem uftmengenanteil von 15 % in der Ringleitung 31 und 50 % in der Ringleitung 30 sind Luftgeschwindigkeiten von 15 m/Sek. in der Rohrleitung 27 und 50 m/Sek. in der Ringleitung 30 vorgesehen. Das liegt in den als vorteilhaft ermittelten Bereichan von 10 bis 20 m/Sek. in der Rohrleitung 27 und dem zwei- bis vierfachen dieser Geschwindigkeit in der Ringleitung 30 und dem fünf- bis siebenfachen dieser Geschwindigkeit in den Rohrleitungen 22. Die max. Luftgeschwindigkeit liegt damit etwa bei 100 m/Sek. Die Temperatur der in die Verteilerdecke 12 tretenden Luft liegt bei einem Brennerbetrieb dicht unterhalb der höchst zuläseigen Brennertemperatur von 1350 C nach einer Eintrittstemperatur von 200 C in der Grössenordnung von 4000 C. Plit dieser Temperatur strömt die warme Luft durch die Ringleitung 31 in Rohrleitungen 36, die zu Bunkern 35 führen. Die Rohrleitungen 36 sind an seitlich an der Rohrleitung 28 angeschweissten Flanschen befestigt. Die in die Rohrleitungen 36 strömende Luft ist als Primärluft zu bezeichnen. Dieser 4000 C uarmen Primärluft wird vor Erreichen jedes Bunkers 35 200 C warme Primärluft i@ ierhältnis 70 zu 30 beigemischt, wobei die 200 C warme Primärluft Jen grösseren Anteil stellt. Die 200 warme Primärluft wird niib einem Gebläse 38 über ein Regelventil 39 und einen Stutzen 37 in die jeweilige Rohrleitung 36 geblasen: Mit dem Regelventil 39 wird der jeweils notwendige Kaltluftanteil eingestellt. Das Geblase 38 gewährleistet eine ausreichende Luftversorgung. Das heisst, die Lufteinspeisung erfolgt zwangsweise ebenso wie in die Stutzen 4 des Stahimantels 1. In Fig. 1 ist das dem Stutzen 4 zugehörenoe Gebläse 40 schematisch dargestellt. Wahlweise kann anstelle der verschiedenen Gebläse 38 und 40 auch ein gemeinsames Gebläse mit einer geeigneten, nachgeschalteten Luftverteilung eingesetzt werden. Durch die Zuführung von niedrig temperierter Luft in die Rohrleitung 36 wird die 4000 C warme Primärluft soweit herabgekühlt, dass sie beim Zusammentreffen mit aus den Bunkern 35 über eine Regelvorrichtung 41 in die Rohrleitung 36 gelangendem Kohlenstaub eie unterhalb der Zündtemperatur des Kohlenstaubes liegende Temperatur erreicht hat. Diese Temperatur soll dicht oberhalb der geuünschten Eintrittstemperatur des Kohlestaub/Luftgemisches in die Rohrleitung 27 liegen. Das wird durch einen Wärmeverlust verhindernden geringen Abstand der Kohlebunker 35 von der Rohrleitung 27 und/oder durch eine Wärmedämm.ung der Rohrleitung 35 erreicht. Die Austrittstemperatur aus der in gleicher Weise an der Rohrleitung 27 wie an der Rohrleitung 28 befestigten Rohrleitung 36 bzw. die Eintrittstemperatur des Kohlestaub/Luftgemisches in die Rohrleitung 27 beträgt 160 C und liegt innerhalb des zulassigen Bereiches zwischen 100 und 2000 C. Die Regelvorrichtung 41 bewirkt die Dosierung des Brennstoffvorrates aus dem Tagesbunker in die Rohrleitung 36. Sie wird auf einen etwa 900 gr/m entsprechenden Staubs0-tti- gungsgrad des Kohleswaub/Luftgemisches eingeregelt. Zur gewünschten Kohlstaubbeimengung kann ggf. die Verwendung eines einfachen Durchflussregelventils als Regelvorrichtung 41 ausreichen. Bei grössjeren Anforderungen an die Dosiergenauigkeit sind beispielsweise Zwangsförderer vorgesehen, die zwangsweise Kohlestaubportionen aus einem Bunker 35 in die Rohrleitung 36 fördern. Eine solche Dosiervorrichtung kann ein Flü- gelrad 42 sein, das am unteren, trichterförmigen Ende eines Bunkers 35 montiert und entsprechend seiner einstellbaren Drehzahl zwischen seinen Flügeln genau vorbestimmte Portionen Kohlestaub nach unten in die Rohrleitung 36 fördert. Das aus der Rohrleitung 27 in den Flammenraum austretene Kohlestaub/Luftgemisch wird von einem ringförmigen, aus der Rinolel- tung 30 austretendanund im folgenden als Sekundärluft bezeich neten Luftstrom umgeben. Die Sekundärluft ist wie die in die Ringleitung 31 strömende Luft 4000 C warm und wird mit einem Drallapparat 43 in eine spiralförmige Bewegungsbahn um den aus tretendanKohlestaub/Luftstrom versetzt. Der Drallapparat 43 besteht aus einer Anzahl gleichmässig in der Ringleitung 30 verteilt angeordneter, schwenkbar in den Rohrleitungen 27 und 29 gelagerten Leitblechen 44 und einer Arretierung 45. Die Leit bleche 44 haben eine dem ringförmigen Cuerschnitt der Ringleitung 30 angepasste Form und können derart verschwenkt werden, dass die Sekundärluft in der Ringleitung 33 je nach Einstellung eine Verdrallung von 700 bis 800 erfährt. Dabei ist es vorteilhaft, einen möglichst kleinen Regelbereich für die Leitbleche 44 zu wählen, damit die Leitbleche 44 die Ringleitung 30 möglichst schliessend ausfüllen. Die Arretierung 45 erfolgt beispielsweise mit drehbeweglich an der Rohrleitung 29 angeordneten Stangen, die in eine je weils in eine bestimmte Arretierungsstellung oelangende Bohrung einer Vielzahl von Bohrungen eines auf jeder Leitbleche wslle sitzenden Bundes gesteckt werden. Das geschieht von Hand durch die Ausnehmungen 15 in der Vzrteilerdecke 12 hindurch. Um trotz der während des Betriebes auftretenden Wärme und Verbrennungsgefahr eine Verstellung des Drallapparates 43 zu bewirken, können die Leitblechwellen wahlweise auch mit Kettenrädern versehen sein, die dann mit einem Kettentrieb durch die Ausnehmungen 15 hindurch von einer ungefährlichen Stelle aus verstellt werden. Anstelle des Kettentriebes kommen auch andere mechanische Getriebe in Betracht. Ferner können statt des Drallapparates 43 eine Anzahl spiralförmig um die Rohrle tun-y 27 herum angeordneter Düsen zum Einsatz gelangen. Der aus der Rohrleitung 27 austretende Kohlestaub/Luftstrom, der zusätzlich durch gleichmässig verteilt an der Innenseite der Rohrleitung 27 angeordnete und in Rohrlängsrichtung verlaufende Leitbleche 46 gerichtet ist, ist gradlinig und drallfrei. Dagegen bewegt sich der aus der Ringleitung 3D austretene Sekundärluftstrom entsprechend der Einstellung des Drallappara- tes mit einer mehr oder weniger grossen Verdrallung. Betrachtet man den Sekundärluftstrom und den Kohlestaub/Luftstrom als Gesamtstrom, so beträgt der verdrallte Anteil mindestens 30 % und höchstens 90 . Diese Verdrallung kann auch in anderer Weise, z. B. ohne Verdrallung des Sekundärluftstromes durch Verdrallung des Kohlestaub/Luftgemisches herbeigeführt werden. Bei der im Ausführungsbaispiel fehlten Lösung ergaben sich jedoch besonders günstige Verhältnisse. Durch die verdrallte Sekundärluft werden die leichteren Partikel des Kohlestaub/Luftstromes gleichfalls in eine stark spiralförmige Bahn gebracht, während dar Einfluss auf die schweren Kohlestaubpartikel geringer ist. Die leichteren Kohlestaubpartikel werden bei ihrer stark spiralförmigen Bahn infolge der wirksam ESerdenden Zentrifugalkraft nch 2unen in die Nëhe der keramischen Auskleidung 11 gebracht. In der Nähe der keramischen Auskleidung 11 sind die Kohlestaubpartikel besonders stark der wärme ausgesetzt, die sich dort während des Verbrennunsvorganges gesammelt hat. Das fördert ein Entflammen der Kohlestaubpartikel, wenn die Flamme von dem Brennstoffeintritt in den Flammenraum abgerissen ist. Diese wirkung ergänzt sich mit der aus der längeren Verweilzeit brennender Kohlestaubpartikel in dem Flammenraum resultierenden Wirkung und der Vorwärmung der Kohle. Infolge der längeren Verweilzeit besteht einige Sicherheit, dass die Flamme in dem Flammenraum des Stahlmantels 1 und der Auskleidung 11 nicht ganz erlischt, wenn es zu einem Abreissen der Flamme von dem Brennstoffeintritt kommt. Ein solches Abre*3en kann beispielsweise durch eine Störung des Brennstoffzuflusses verursacht werden. Dann schlägt die sich noch in dem Flammenraum befinde Restflamme auf den Brennstoffeintritt zurück. Die vorteilhafte l'ir- kung der Verweilzeit nimmt mit der Dauer zu. Die Dauer der Verweil- zeit hängt von dem Drallwinkel des Sekundärluftstromes ab. Andererseits verursacht ein starker Drallwinkel einen erheblichen Strömungsverlust. Daher ist die Verweilzeit mit den sich aus den Strömungsverlusten ergebenden Nachteilen zu optimieren. Neben der Verweilzeit und der Wärmewirkung der Auskleidung, die im Hinblick auf die Einhaltung der Betriebstenperatur von etwa 13500 C ein bestimmtes flass nicht überschreiten darf und deshalb mit einer zwischen 200 und 300 Watt pro m2 und Grad Kelvin liegenden Kühllei- stung mit der durch den Stahlmantel 1 strömenden Kaltluft gekühlt wird, trägt die durch die warme Primärluft bewirkte gleichmässige Vorwärmung des Brennstoffes dadurch zur Verbrennung bei, dass lediglich noch eine relativ geringe Erw3rmung erforderlich ist, um der Kohle die Zündtemperatur zu geben. In dem Flammenraum findet die erste Stufe eines zueistufigen Verbrennungsvorganges statt. Diese erste Stufe ist durch Einstellung der Sekundärluft und Primärluft bzw. des zugeführten Kohlestaub/Luftgemisches, sowie durch die Verdrallung der Sekundärluft festgelegt. D. h. die Verdrallung und die Verweilzeit sind dieser Verbrennungsstufe anzupassen. In der ersten Verbrennungsstufe soll bis zum Austritt des Stahlrnanteils 1 und der Auskleidung 11 ein Ausbrand von 4=0,4 - 0,8 stattfinden. = 1 würde einer 100 zeigen Verbrennung entsprechen. Im Ausführungsbeispiel ist ein Ausbrand an der oberen, zulässigen Grenze gewählt. Dieser Ausbrand wird durch eine unterstochiome- trische Verbrennung erreicht. Im Falle einer solchon Ve.brennung wird nicht der entsprechend dem Molekularverhältnis des Brennstoffes notwendige Sauerstoff beigebracht. Dadurch tritt eine unvollständige Verbrennung ein, denn die Kohlestaubpartikel ver brsnnen nicht nacheinander, sondern alle gleichmässig. Es entsteht eine verzögerte Verbrennung, die eine Stickoxydbildung (NOx) unterdrückt. In der ersten Verbrennungsstufe tritt infolge der 1350 C nicht überschreitenden Verbrennungstemperatur keine flüssige Schmelze auf. Es findet ein trockener Verbrennungsvorgang statt. Die teilweise verbrannten Kohlestaubpartikel sind weich. Die teilweise aus gebrannten, weichen Kohlepartikel verursachen gegenüber geschmolzenen und erstarrten Schlackenpartikeln eine sehr viel geringere Erosion an der Auskleidung des Brenners. In der zweiten Stufe wird ausserhalb des von dem Stahimantel 1 und der Auskleidung 11 umschlossenen Raumes durch die Rohrleitungen 22 Tertiärluft zugeführt. Mit dor Tertiärluft soll eine überstöchiometrische Verbrennung stattfinden, d. h. es soll ein Luftüberschuss erzeugt werden: Bei diesem Luftüberschuss ist eine wirtschaftliche Optimierung zwischen dem minimal zur vollständigen Verbrennung der Kohlepartikel notwendigen Luft strom und einer vorteilhaften Wirkung eines starken Luftüber- schusses bei einer nachfolgenden Warmegewinnung durch in den Abgasstrom geschaltete Wärmetauscher zu treffen. Während ein Übermass an Rauchgas die Wärmegewinnung mit den nachgeschalteten Wärmz- tauschern erleichtert, erschwert sich die Bereitstellung der zur Erzeugung der gewünschten Rauchgasmenge notwendige Luftmenge mit grösser werdender enge. Diese Erschwernisse resultieren u. a. aus den mit zunehmender Strömungsgeschwindigeit überproportional wachsenden Strönungswiderstanden. Das gilt insbesondere tür die Strömungsverhältnisse in dem Stahlmantel 1, die u. a. durch die Durchflussquerschnitte und das durch die Steigung der Leitfläche 9 und 10 bestimmte Mass der Luftumlenkung bestimmt werden, wobei zu berü=ksichtigen ist, dass die Luft mit abnehmender Steigung bei gleichbleibender Strönungsgeschwindigkeit eine längere Verweilzeit in dem Stahlmantel 1 hat und dadurch eine zunehmende Erwärmung erfährt. Im übrigen dienen die gleitblech2 dazu, der Luft eine Zwangsführung zu allen Umfangsstellen des Stahlmantels zu geben, um punktuelle oder streifenförmige Überhitzungen zu verhindern. nit Hilfe der Düsen 24 und eines ggf. unterschiedlich gestalteten Tertiärluftstromes kann die Flamme vor dem Stahlmantel 1 in beliebiger Weise der Geometrie des zugehörenden Kessels angepasst werden. Anpassung heisst beispielsweise Verlängerung oder Verbreiterung oder Umlenkung. Sofern die Düsen 24 an der Längs- und Mittelachse des Stahimantels 1 vorbeizeigen, ist vorgesehen, dass die austretende Tertiärluft in Bewegungsrichtung und nicht entgegen der Bewigungsrichtung des aus dem Stahlmantel 1 austretenden, spiralförmig umlaufanden Staub/Luftgemisches in dieses eintritt. Damit wird eine Vernichtung von Bewegungsenergie vermieden. Gleichwohl findet eine zur vollständigen Verbrennung der Kohlepartikel ausreichende Vermischung mit dem Tertiärluftstrom statt. Im Ausführungsbeispiel wird Anthrazitstaub in einer Marge von 600 kg/Stunde eingesetzt. Der Anthrazitstaub hat einen Heizwert von 30.000 GJ/kg. Seine mahlfeinheit beträgt zu 95 % kleiner 0,02 ma. Das ist weit unterhalb des zulässigen Bareiches von 0.05 mm. Der Anteil flüchtiger Bestandteile des Anthrazitstaubes ist 8 p in rohem Zustand. Der Wassergehalt ist 1 %, gleichfalls bezogen auf den Rohzustand und damit halb so gross wie der zulässige Wassergehalt. Der Aschegehalt beträgt 15 . Damit handelt es sich um übliche, reaktionsträge Anthrazitkohle, deren Zündtemperatur in Abhängigkeit vom Anteil flüchtiger Bestandteile bei ce. 400 Cliegt. Statt der Anthrazitkohle können auch beliebige andere Magerkohlen eingesetzt werden, deren Stoffwerte dem Anthrazit entsprechend angepasst wurden. Zum Inbetriebsetzen des Brenners mit der vorgesehenen Anthrazitkohle wird ein Zündbrenner 47 durch ein zentrisch in der Rohrleitung 27 angeordnetes Rohr 4s in den Flammenraum geschoben. Der Zündbrenner ist als bl- oder Gasbrenner ausgebildet und besitzt eine Zündleistung von 10 % der Brennerleistung. mit dem Zündbrenner 47 wird nach ausreichender Vorwärmung des Brenners das austretende Kohlestaub/Luftgemisch gezündet. Beim Zünden wird die Zuteileinrichtung, d. h. die Brennstoffdosierung, bis an die stöchiom2- trischen Bedingungen im Sekundärbereich, also in der zweiten Verbrennungsstufe, nachgeregelt. Das Hochfahren des Brenners kann dann vorteilhafterweise mit der gleichen Luftmengenverteilung wie beim Dauerbetrieb erfolgen. Es erleichtert die Brennerführung wesentlich. Teillast wird über die Kohlestaubdosierung und die Tertiärluftregelung gefahren. In dieser Weise wird der Brenner auch betrieben, wenn statt Anthrazitkohle mit einem flüchtigen Gehalt von weniger als 10 % Koks eingesetzt wird. Dr Bctrib rit cs ist sogar insofern leichter, als Staub mit gröBeren Partikeln bis zu 0,15 mm eingesetzt warden kann. Der erfindungsgemässe Brenner eignet sich besonders für Industriekessel, zur Fernwärmeerzeugung, fu-r Brennkammern der Zementindustrie und andere industrielle Brennöfen. Er kann sowohl als Decken- wie auch als Frontbrenner eingesetzt werden. Durch die mögliche Einflussnahne auf die Flammengeometrie bietet sich der erfindungsgemässe Brenner insbesondere für kurze Brennkammern an. Ferner ist der erfindungsgemässe Brenner durch seine Eigenkühlung auch in ungekühlten Brennkammern einsetzbar und eignet er sich n besonderer Weise für eine Baukastenbauweise. EMI18.1 <tb> 1 <SEP> Stahlmantel <tb> 2 <SEP> Ende <tb> 3 <SEP> Ende <tb> 4 <SEP> Stutzen <tb> 5 <SEP> Mantel <tb> 6 <SEP> liantel <tb> 7 <SEP> Austrittsstutzen <tb> 8 <SEP> Führungsblech <tb> 9 <SEP> Leitblech <tb> 10 <SEP> Leitblech <tb> 11 <SEP> Auskleidung <tb> 12 <SEP> Verteilerdecke <tb> 13 <SEP> Blech <tb> 14 <SEP> Blech <tb> 15 <SEP> Ausnehmungen <tb> 16 <SEP> Stege <tb> 17 <SEP> Stege <tb> 18 <SEP> Zwischenraum <tb> 19 <SEP> Durchschnittsbchrung <tb> 20 <SEP> Rohrstutzen <tb> 21 <SEP> Stellventil <tb> 22 <SEP> Rohrleitung <tb> 23 <SEP> Krümmer <tb> 24 <SEP> Düsen <tb> 25 <SEP> Stege <tb> <SEP> 26 <SEP> Brennerflansch <tb> 27 <SEP> Rohrleitung <tb> <SEP> 28 <SEP> Rohrleitung <tb> 29 <SEP> Rohrleitung <tb> EMI18.2 <tb> <SEP> 31 <SEP> Ringleitung <tb> <SEP> 32 <SEP> Durchtrittsöffnungen <tb> <SEP> 33 <tb> <SEP> 34 <SEP> Anzeigevorrichtung <tb> <SEP> 35 <SEP> Bunker <tb> <SEP> 36 <SEP> Rohrleitung <tb> <SEP> 37 <SEP> Stutzen <tb> <SEP> 38 <SEP> Gebläse <tb> <SEP> 39 <SEP> Regelventil <tb> <SEP> 40 <SEP> Gebläse <tb> 41 <SEP> Regelvorrichtung <tb> <SEP> 42 <SEP> Hügelrad <tb> <SEP> 43 <SEP> Drallapparat <tb> <SEP> 44 <SEP> Leitblech <tb> <SEP> 45 <SEP> Arretierung <tb> <SEP> 46 <SEP> Leitbleche <SEP> <tb> <SEP> 47 <SEP> Zündbrenner <tb> <SEP> 48 <SEP> Rohr <tb> <SEP> 49 <tb> <SEP> 50 <tb>

Claims: Patentansprüche 1. Verbrennung feingemahlener reaktionsträger Kohle, dadurch ge kennzeichnet, dass die eingesetzte Kohle vorgewärmt wird. 2. Kohleverbrennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nit Luft gekühlt und mit der erwärmten Luft die Kohle vorge wärmt wird. 3. Kohleverbrennung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Kuhlung anfallende warme Luft durch Eeinischung von Kalt- luft auf eine ausreichend weit unterhalb der Zündtemperatur der Kohle liegende Temperatur gekühlt wird. 4. Kohleverbrennung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohleeintrittstemperatur in den Flammenraum 100 - 200 0C beträgt. 5. Kohleverbrennung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine auf 400 C erwärmte Kühlluft und eine Bainonoung von 2CäO kalter Luft im Verhältnis 30 zu 70 mit dem grösseren Anteil kalter Luft. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Brenner mit einem luftdurchströmten Hohlmantel (1), dessen Luft austritt über eine Rohrleitung (36) mit einem Bunker (35) und zwischengeschaltete. Dosiervorrichtung (41) mit den Brenner- eintritt (27) verbunden ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine vor dem Bunker (35) in eine Rohrleitung (36) einmündende Kaltluft leitung (32).

Inventors: BRUCKER, WERNER, DR. ING., GREULICH, HORST SIEGFRIED, ING. GRAD, JACOBS, JORN, DR. ING., SCHLUTTER, ALOIS, DIPL.-ING., SCHMALFELD, JORG, DR. ING., Brücker, Werner, Dr. Ing., Jacobs, Jörn, Dr. Ing., Schlütter, Alois, Dipl.-Ing., Schmalfeld, Jörg, Dr. Ing.
Applicants: RUHRKOHLE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1979
Main classification: F23D1
IPC codes: F23M5, F23K3, F23K1, F23D1, F23C7