COOLING DEVICE FOR COAL BURNER

Abstract: 1. Device for cooling a coal burner with an air-cooled hollow casing (1), which is provided with a guide plate (8) directing the air to and from in the longitudinal direction of the hollow casing and/or with deflecting plates (9, 10) directing the air into a spiral path, the deflecting spirals being arranged of opposite hand on the two sides of the guide plate and the air outlet from the hollow casing being connected with the air inlet (30) of the burner ; characterised in that the burner has a ceramic cladding (11) with a mean thermal capacity of 0.2-0.3 kcal/kg and degree Kelvin and a thickness of 10-50 mm and the burner cooling amounts to between 200 and 300 Watts/m**2 and degree Kelvin, with a firebox load of 0.3-0.7 MW/m**3 .

Description: Kühlung eines Kohlebrenners Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einas Kohlebrenners. Üblicherweise werden Kohlebrenner lediglich mit der Umgebungsluft gekühlt. In ganz besonder@n Fällen, z. B. bei Reaktoren zur Vergasung von Kohle finden wassergekühlte Brenner Verwendung. Bei lediglich durch die Umgebungsiuft gekühlten Brennern besteht die Gefahr eines Wärmeaustausches und einer übermässigen Betriebstemperatur im Brenner. Dos führt zu einem starken Brennerverschlai@ und sogar zur Beschädigung des Brenners. Wasscrgekühlte Brenner sind zwar sehr zuverlässig, iht Kühlkreislauf bedar@ aber einer sorgfältigen Wartung und erfcrdert bei seiner Errichtung einen erheblichen baulichen und konstruktiven Aufwand. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennerkühlung zu schaffen, die auch bei einfachen Brennern durch eine kostengünstige Gestaltung Verwendung finden kann. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch Verwendung eines mit einem Hohlmantel versehenen Brennergehäuses und eines zwangswaise durch den Hohlmantel geführten Luftstromes gelost. Zur Erzsugung des notwendigen Luftstromes bedarf es lediglich eines einfachen Gebläses. Vorteilhafterweise läQt sich der durch die Kühlung entstchende Luftstrom in den Verbrennungsprozess integrieren und ergibt sich dann eine Verbesserung des Verbr@nnungsvorganges. Ausserdem lässt sich ein solchermassen gekühltes Brennergehäuse mit besonderem Vorteil bei Brennern einsetzen, die einen vom umgebenden Feuerungsraum bzw. Kesselraums abgeschlossenen und unabhängig vom jezeilisen Verwendungs- zweck bzw. Einsatzzweck gleichbleibenden Flammenraum aufweisen. In weiteren Ausbildungen der Erfindung erfolgt die Luftkühlung indirekt, d. h. ist der mit der Luftkühlung versehene Hohlmantel flammseitig mit einer Auskleidung versehen, die einen ausreichenden Wärmedurchgang bei gleichzeitigem Schutz des Hohlmantels vor den Flammen und ei nar für die Prozesssteuerung vorteilhaften Lärmespei cherung gewährleistet. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Brenners, Fig. 2 und 3 @inzelheiten de Erennere nach Fig. 1, Fig. 4 und 5 eine kohlezuführung für den Brenner narn Fig. 1 - 3. Der dargestellte Brenner besitzt eine Leistung von 5 MW. Das liegt in der mitte des für derartige Brenner vorgesehenen Leistungsbereiches von 0,5-10 tW. Der Brenner besitzt einen zylindrischen, doppelwEn- digen Stahlmantel 1, dessen eines Ende 2 offen und dessen anderes Ende 3 geschlossen ist. Am oberen Ende 3 ist der doppelwandige Stahlmantel 1 mit zwei Stutzen 4 für die Zuführung von Kaltluft versehen. Die Kaltluft soll im Betriebsfall durch die Stutzen 4 in den Stahlm@n- tel 1 Eintreten und zunächst am äusseren mantel 5 entio bis zum unteren Ende 2 und dann am inneren mantel 6 entlang zu einem Austrittsstutzen 7 strömen. Dabei verhindert ein Führungsblech 8 zwischen dem inneren Mantel 5 und dem äusseren Mantel 6 einen Kurzschlussstrom von den Stutzen 4 in den Austrittsstutzen 7. Neben dem Füh- runosblech 8 befinden sich noch Leitbleche c und 10 in dem doppelwandigen Stahlmantel 1. Das Leitbl@ch 9 ver- läuft spiralförmig entlang der Innenseite des äusseren Mant@ls 6 und ist an dem Mantel 6 befestigt. Das Leitblech 10 verläuft gleichfalls spiralförmig, aber entlang der Innenseite des Führungsbleches 8. Das Leitblech 10 ist auch an dem Führungsblech 8 befestigt. Die Leitbl@che 9 und 10 geben der durch den doppelwandi- gen Stahlmantel 1 strömenden Luft eine spiralförmige Strömung. Eine ent@e@en@esetzte Steioung beider Leitbleche 9 und 10 erlaubt eine gleichbleibende Drall- richtung der Luftströmung zwischen dem äusseren Mantel 6 und dem Führungsblech 8 bzw. dem inneren Mantel 5 und der Führungsblech E. Eine Umkehrung der Drallrichtung wäre mit einen erheblichen Strömungsverlust verbunden. Die Leitbleche 9 und 10 bilden eingängige Spiralen, sie können aber auch als mehrgängige Spira- len ausgebildet sein. Der !-ustrittsstutzen 7 resultiert aus einer Verlängerung des inneren Mantels 5 und des Führungsbleches 8 über da obere Ende 3 hinaus. Der Stahlmantel bildet mit den Stutzen 4, den Mänteln 6 und 6, den Austrittsstutzen 7, dem Führungsblech E und cen Leitblechen 9 und 10 eine Schweisskonstruktion. Innen ist der Stahlmantel 1 mit einer keramischen Aus- kleidung 11 versehen. Der von der keramischen Auskleidung 11 umschlossene bis suf das obere Ende zylindri- sche Hohlraum ist der erfindungsgemässe Flammenraum. Die keramische Auskleidung besteht teilweise aus Aluminiumoxyd bz. Siliziumkarbit. Im Falle einer Verwendung von Siliziumkarbit beträgt der Anteil dieses Stoffes mind. 20 und höchstens 95 . Anstelle der 02nannten Bestandteile können auch andere Bestandteile treten. Ferner kommt auch eine andere Auskleidung als eine keramische Auskleidung in Betracht. jede husklei- dung-muss aber eine mittlere Wärmekapazität von 0,2 0,3/kcel/kg und Grad Kelvin bzw. 0,22 bis 0,35 Watt/kg und Grad Kelvin aufweisen. Im Ausführungsbeispiel liegt die Wärmekapazität bei 0,25 kcel/kg und Grad Kelvin. Die Wärmeleitzahl liegt zwischen einem und 20 Watt/n und Grad Kelvin. Bei gleichzeitiger Dicke der keramischen Aus- kleidung zwischen 10 und 50 mm und einer Kühlung des Brennermantels mit einer Leistung zwischen 200 und 300 Watt/m2 und Grad Kelvin besitzt die Brennerwan- dung als Wärmeträger eine hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit, ohne dass die Gefahr eines Wärme staues besteht. Der sich aus dem Stahlmantel 1 und der keramischen Auskleidung 11 ergebende Brennerdurchmesser beträgt 1200 mm, gleichzeitio hat der Brenner eine Lange von 2000 mm. Dadurch Ergibt sich ein Verhältnis der Brennerleistung von 0,5 MW pro m3 Flammenraum. Dieser Wert liegt innerhalb des zulässigen Bereiches von 0,3 bis 0,7 MW pro r Der Bereich kennzeichnet eine relativ geringe Feuerraur.- belastung 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 Zusammenhang genannten Feuer raumbelastunoen sind auf 1 bar und 1 Stunde bezogen. Nach Fig. 1 ist sm oberen Ende 3 des StahJmantels aus Herstellungsgründen eine runde Wölbung der keramischen Auskleidung 11 gewahlt worden. Die keramische Auskleidung 11 wir mit Hilfe eines Formkerns in die aus Fig. 1 ersichtliche Form gebracht. Dabei het der zur husklei- dung vorgesehene keramische Stoff zunächst eine bild ssme Gestalt, d. h. wird der Stoff in Form eines Schlikkers oder ähnlich.wie Forrnsand in den Hohlraum zwischen dem Formkern und dem Stahlmantel 1 gebracht bzw. der Formkern unter Verdrängung des vorher in den Stahlmen- tal 1 eingebrachten Stoffes gedrückt. Wesentlich ist, dass eine gleichmässige Materialverteilung während des Formvorganges stattfindet. Die gleichmässige Materi@l- verteilung ergibt eine homogene Auskleidung 11. Die homogene Auskleidung gewährleistet hinsichtlich der Wärmeleitung und der Wärmespeicherung überall gleiche Bedingungen. Das zunächst bildsame Material erfährt durch eine zumindest mit dem Brennerbetrieb stattfindende Aus- härtung seine endgültige keramische Verfestigung. Durch an dem inneren Mantel 5 befestigte Stifte cder E!atten oder Drähte, um die sich bei der Formgebung der Auskleidung 11 das ZiateriEl herumlegt, entsteht eine feste Vertinduno zwischen dem Stahlmantel 1 und der keramischen Auskleidung 11. Dabei ergeben sich günstige Verhältnisse mit radial verlaufenden Stiften, die lediglich in axialer Richtung des zylindrischen Stahlmantels 1 eine feste Verbindung bewirken und in radialer Richtung in der keramischen Auskleidung 11 oleiten, so dass eine unterschiedliche Wärmedehnung zwischen der keramischen Auskleidung 11 und dem Stahlmantel í für die keramische Auskleidung 11 keine Spannungen bringt. Gie Wärmedehnung in axialer Richtung des zylindrischen Stshlmantels 1 wird durch überlap- pende Trennfugen kompensiert. In Betriebsfall bewirkt die durch den Stahlmantel 1 strömende Kaltluft eine bestimmte Kühlung. Diese Küh- lung kenn auch mit Hilfe einer Wasserkühlung oder einer anderen Kühlung mit einem flüssigen Kühlmittel erreicht werden. Die nach Durchstrsmen des Stahlmantels 1 aus dem Austrittsstutzen 7 austretende Luft gelangt in eine Verteilerdecke 12. Die Verteilerdecke 12 ist mit dem Aus- trittsstutzen 7 verschraubt und besteht aus zwei stern- förmigen 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 gleichmässig am Ur:- fang verteilte 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 i der gescheeissten Vertelerdecke 12 dienen dem Zugang des Zwischenraumes 1 B zwischen der Verteilerdecke 12 und dem oberen Ende 3 des Stahlmantels 1. Statt der ge- wählten, rhornbenhnlichen Form kann auch eine runde Form für die Ausnehmungen 15 gswählt werden. Die runde Form hat erhebliche Fertigungevorteile. Das gleiche gilt für einen runden Rand der Verteilerd@cke 12 statt des in Fig. 3 dargestellten sternförmigen Randes. Andererseits besitzt der sternförmige Rond Spitzen, die sich als Trichter nutzen lassen. Eine solche Nutzung ist nch Fig. 3 vorgesehen, da sich in jeder Spitze eine Durchtrittsbohrung 19 befindet, die den Innenraum der Uerteilerdecks 12 mit einem angeschweissten Rohrstut@ zen 20 verbindet. Jeder Rohrstutzen 20 setzt sich über ein zischense- schaltetes Stellventil 21 in einer Rohrleitung 22 fcrt. Stellventile sind für Brenner mit variablem Betrieb vor- gesehen. Bei konstantem Betrieb erfolgt die Luftvertei- luno durch festgelegte Strömungsquerschnitte. Alle Rohrleitungen 22 sind aussen am Stahlmantel 1 entlanggeführt und besitzen an den der Verteilerdecke 12 abgewandten vorderen Ende einen Krümmer 23, der in einer Düse 24 genau vor dem unteren Ende 2 des Stahlmantels 1 mündet. Die Düsen 24 sind unter dem Winkel von 700 zu Längsachse des Stahimantels 1 radial gegen die Längsachse gerichtet. Der Winkel von 70 liegt innerhalb eines zulässigen Winkelberaiches von 60 bis 80 . Wenn die Düsen 24 ge nau auf die Längs- und Mittelachse des Stahlmantels zeigen, ist der Winkel zwischen der Düsenmitteìachse und dem durch die Mittel- und Längsachse des 'tehl- mantels 1 und die Düsenmitte gehenden Radius 00. Im Bedarfsfall können die Düsen 24 aber auch an der Länos- und Mittelachse des Stahlmantels 1 vorbeizeigen. Dabie ist ein Winkel von 30 zwischen der Düsenmittelachse und de die Düsenmitte schneidender. Radius noch zulässig. Die Rohrleitungen 22 sind durch Stege 25 und einen Brennerflansch 26, der zugleich den Stahlmantel 1 umschliesst, am Stahlmantel 4 gehalten. Mit dem Brennerflansch 26 wird der Brenner an einem nicht darge- stellten Kessel montiert. Dann ragt er mit seinem vur- deren Ende 2 bis zum Brennerflansch 26 in den F@uerungs- rau des Kessels. Im Unterschied zu anderen Brennern, herkömmliche Front- odsr Deckenbrenner, deren Brennstoffeintritt in wesentlichen mit der Kesselwandung in einer Ebene liegt, besitzt der erfingungsgemässe Brenner innerhalb des Stahlmantels 1 und der keramischen Au- kleidung 11 einen gegenüber dem übrigen F@uerungsraum des Kessels ebgeschlossenen, geschützten Flammenraum oder Flammentunnel. Bei dem Erenner nach Fig. 1 bis 3 wird der Brennstoff in Form eines Staub/Luft-Gemisches durch eine zentri sche, am oberen Ende des Stahlmantels 1 mündende Rohr- leitung 27 in den Flammenraum eingetragen. Die Rohrleitung 27 wird oberhalb der Verteilerdecke 12 im tD- stand von einer weiteren, mit der Verteilerdecke 12 verschweisstEn Rohrleitung 28 umgeben. Unterhalb der Verteilerdecke 12 ist die Rohrleitung 27 in noch grösserem Abstand von einer dritten, mit de oberen Ende 3 des Stahlmantels 1 verschweissten Rohrleitung 29 um geben. 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 bezeichnete Ringleitung. Die Ringleitung 31 wird durch die Rohrleitungen 27 und 28 gebildet und ist wie die Ringleitung 30 mit der Varteilerdecke 12 verbunden. Das heisst, die aus dem Austrittsstutzen 7 austretens Luft wird durch die Verteilerdecke .2 in verschiedener Weise aufgeteilt. Sie gelangt in die in Düren 24 :nür- denden Rohrleitungen 22, die Ringlaitung 30 und die @ing- leitung 31. Die Zuführung von Luft in die Ringleitungen 30 und 31 wird dadurch erleichert, dass die Ausnehmungen 15 jeweils so in der Verteilerdecke angeordnet sind, dass die mit 32 bezsichneten Durchtrittsöffnungen zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 15 jeweils einer Durchtrittsbohrung 1c gegenüberliegen und dic Stege 16 der Ausnehmungen 15 einen Trichter bilden. Es li@gen sich dann die zu den Durchtrittsbohrungen 19 und den Durchtrittsöffnungen 32 gehbrenden Trichter, wie in Fic. @ dargestellt, jeweils genau gegenüber, so dass die aus dem Austrittsstutzen 7 austretende Luft optimal in die Durchtrittsbohrungen 19 und die Druchtrittsöffnungen 32 geleitet wird. In der Verteilerdecke 12 findet eine Verteilung in be- stimrr.ten Verhältnissen statt. 10 bis 30 % der zum Pus- trittsstutzen 7 anfallenden Luftmenge gelengt in die Ringleitung 31, 25 bis 50 % dieser Gesamtluftmenge ce- langt in die zu den Düsen 24 führenden Rohrleitungen 22. Der Rest tritt durch die Ringleitung 30 in den Flammen- raum ein. Diese Verteilung lässt Eich durch Regelglied@r in den verschiedenen Leitungen durch Klappen und/oder Ventile, nrie sie beispielsweise mit den Stellventilen 21 vorgesehen sind, regeln. Der Regelbereich soll je doch möglichst klein sein, um die mit grossen Regelbe reichen einhergehenden und aus konstruktiven Gründen resultierenden Strömungsverluste gering halten. Deshalb ist ein max. Regelbereich von 1 zu 2,5 vorgesenen. Ausserdem soll die Regelung des Luftstrcmes nach Fig. bis 3 möglichst in einem Leitungsbereich, an den Stellventilen 21 der Rohrleitungen 22, stattfinden. Die Regelung erfolgt nach Messung der Durchtrittsgeschwindig- keit in den Rohrleitungen 22. Dazu sind messblenden 33 in die Rohrleitungen 22 eingebaut. Die messblenden 33 stehen mit Anzeigevorrichtungen 34 in Wirkverbindung. Anhand der angezeigten Werte werden bei Abweichung von vorgegebenen Sollwerten die Stellventile 21 von Hand nachgeregelt. Im übrigen sollen die Stellventile wie alle anderen ggf. voroesehenen Ventile und Kleppen zur Luftregelung sowohl während des eigentlichen Bren- nerbetriebes als auch während des Anfahrbetrieb@s konstent tleiben. Im Ausführungsbeispiel soll die Seschbin- digkeit in den Rohrleitungen 22 bei Verbrennung von Anthrazitstaub in einer enge von 600 kg/h 80 m/sek. betragen. Diese Geschwindigkeit entspricht einem Luftmengenanteil von 35 an der Gesamtluftmenge. Bei einem Luftmengenanteil von 15 % in der Ringleitung 31 und 50 in der Ringleitung 30 sind Luftgeschwindigksiten von 15 m/sek. in der Rohrleitung 27 und 50 fi/sek. in der Ringleitung 30 vorgesehen. Das liegt in den als vorteilhaft ermittelten Bereichen von 10 bis 20 m/sak. in der Rohrleitung 27 und dem zwei- bis vierfachen dieser Geschwindigkeit in der Ringleitung 30 und dem fünf- bis siebenfachen dieser Geschuindigkeit in den Rohrleitungen 22. Die max. Luftgeschwindigkeit liegt damit etwa bei 100 m/sek. Die Temperatur der in die Verteilerdecks 12 tretenden Luft liegt bei einem Brennerbetrieb dicht unterhalb der höchst zulässigen Brennertemperatur von 1350 C nach einer Eintrittstemper@tur von 20 C in der Grössenordnung von 400 C. Mit dieser Temperatur strömt die warme Luft durch die R noleitung 31 in Rohrleitungen 36, die zu Bunkern 35 führen. Die Rohrleitungen 36 sind seitlich an der Rohrleitung 28 angeschweissten Flanschen befestigt. Die in die Rohrleitungen 36 strömende Luft ist als Primärluft zu bezeichnen. Dieser 400 C warmen Primärluft wird vcr Erreichen jedes Bunkers 35 20 C warme Primärluft im Verhältnis 70 zu 30 beigemischt, wobei die 20 C warme Primärluft den grösseren Anteil stellt. Die 200 warme Primärluft wird mit einem Gebläse 38 über ein Regelventil 39 und einen Stutzen 37 in die jewei- lige Rohrleitung 36 geblasen. mit dem Regelventil wird der jeweils notwendige Kaltluftanteil eingestellt. Das Geblase 38 gewahrleistet eine ausreichende Luftversorgung. Das heisst, die Lufteinspreisung erfolgt zwangsweise ebenso wie in die Stutzen 4 des Stahlmantels 1. In Fig. 1 ist das dem Stutzen 4 zugehörende Gebläse 40 schematisch dargestellt. Wahlweise kenn anstelle der verschiedenen Gebläse 38 und 40 auch ein gemeinsandes Gebläse mit einer geeigneten, nachgeschalteten Luftverteilung eingesetzt werden. Durch die Zuführung von niedrig temperierter Luft in die Rohrleitung 36 wird die 400 C warme Primärluft soweit heraboekühlt, dass sie beim Zusammentreffen mit aus den Bunkern 35 über eine Regelvorrichtung 41 in die Rohrleitung 36 gelangendem Kohlenstaub eine unterhalb der Zündtemperatur des Kohlenstaubes liegende Temperatur erreicht hat. Diese Temperatur soll dicht oberhelb der gewünschten Eintrittstemperatur des Kohlestaub/Luftge- misches in die Rohrleitung 27 liegen. Das wird durch einen Wärmeverlust verhindernden geringen Abstand der Kohlebunker 35 von der Rohrleitung 27 und/oder durch eine Wärmadämmung der Rohrleitung 36 erreicht. Die AustrittstemperEtur aus der in gleicher Welse an der Rohrleitung 26 befestigten Rohrleitung 36 bzw. die Eintrittstemperatur des Kohlestaub/Luftoemisches in die Rohrleitung 27 beträgt 160 C und liegt innerhalb des zulässigen Bereiches zwischen 100 und 200 C. Die Regelvorrichtung 41 bewirkt die Dosierung des Brennstoffvorrates aus dem Tagesbunker in die Rohrleitung 36. Sie wird auf einen etwa 900 gr/m3 entsprechenden Staubsättigungsgrad des Kohlestaub/Luftg±misches eingeregelt. Zur geuünschten Kohlestaubbeimengung kann cgf. die Verwendung eines einfach Durchflussregalventils als Regelvorrichtung 41 ausreichen. Bei grösseren Anforderungen an die Dosiergenauigkeit sind beispielsweise Zwangsförderer vorgesehen, die zwangsweise Kohlenstaubportionen aus einem Bunker 35 in die Rohrleitung 36 fördern. Eine solche Dosiervorrichtung kann ein Flügelrad 42 sein, das am untersn, trichterförmigen Ende eines Bunkers 35 mon- tiert und entsprechend seiner einstellbaren Drehzahl zwischen seinen Flügeln genau vorbestimmte Portionen Kchlestaub nach unten in die Rohrleitung 36 fördert. Das aus der Rohrleitung 27 in den Flammenraum austretene Kohlestaub/Luftgemisch wird von einem ringförmigen, aus der Ringleitung 30 austretenden und im folgenden als Sekundärluft bezeichneten Luftstrom umgeben. Die Sekund3r- luft ist wie die in die Ringleitung 31 strömende Luft 4000 C warm und wird mit einem Drallapparat 43 in eine spiralförmige Eewegungsbahn um den austretenden Kohlestaub/Luftstrom versetzt. Der Drallapparat 43 besteht aus einer Anzahl gleichmässig in der Ringleitung 30 ve- teilt angeordneter, schwenkbar in den Rohrleitungen 27 und 29 gelegerten Leitblechen 44 und einer Arretierung 45. Die Leitbleche 44 haben eine dem ringförmigen Querschnitt der Ringleitung 30 angepasste Form und können derart verschwenkt werden, dass die Sekundärluft in der Ringleitung 33 je nach Einstellung eine Verdrallung von 10 bis 80 erfährt. Dabei ist es vorteilhaft, eine 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 drehbe zeolith an der Rohrleitung 25 angeordneten Stangen, die in eine jeweils in eine bestimmte ArrEtierungsstellung gelangende Bohrung einer Vielzahl von Boh- rungen eines auf jeder Leitblechwelle sitzenden Bundes gesteckt werden. Das geschieht von Hand durch die Aus nehmungen 15 in der Verteilerdecke 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 Met- tentrieb durch die Ausnehmungen 15 hindurch von einer ungefährlichen ctelle aus verstellt werden. Anstelle des Kettentriebes kommen auch andere mechanische Getriebe in Betracht. Ferner können statt des Drallapparates 43 eine Anzahl spiralförmig um die Rohrleitung 27 herum angeordneter Düsen zum Einsatz gelangen. Der aus der Rohrleitung 27 sustretende Kohlenstaub/Luftstrom, der zusätzlich durch gleichmössig verteilt an der Innenseite der Rchrleitung 27 angeordnete und in Rohrlängsrichtung verlaufende Leitbleche 46 gerichtet ist, ist gredlinig und drallfrei. Dagegen bewegt sich der aus der Ringleitung 30 austretene Sekundärluftstrom @ntsprechend der Einstellung des Drallapparates mit einer mer oder weniger grossen Verdrallung. Betrach- tet man den Sekundärluftstrom und den Kohlestaub/Luftstrom als Gesamtstrom, so beträgt der verdralltc An- teil mindestens 30 @ und höchstens 90 . Diese Vr- drallung kann auch in anderer Weise, z.B. ohne Ver drallung des Sekundärluftstromes durch Verdrallun des Kohlestaub/Luftgemisches herbeigeführt werden. Bei der im Ausführungsbeispie) gewählten Lösung ergeben sich jedoch besonders günstige Verhältnisse. Durch die verdrallte Sekundärluft werden die leichteren Partikel des Kohlestaub/Luftstromes gleichfalls in eine sterk spiralförmige Bahn gebracht, während der Ein- fluss auf die schweren Kohlestaubpartikel geringer ist. Die leichteren Vohlesteubpartikel werden bei ihrer stark spiralförmigen Bahn infolge der wirksam werden- den Zentrifugalkraft nach aussen in die Nähe der kra- mischen Auskleidung 11 gebracht. In der Nähe der ke ramischen Auskleidung 11 sind die Kohlestaubpartiekl besonders stark der Wärme ausgesetzt, die sich dort während des Verbrennungsvorganges gesammelt hst. Das fördert ein Entflammen der Kohlestaubpartikel, wenn die Flamme von dem Brennstoffeintritt in den Flammen- raum abgerissen ist. Diese U!irkung ergänzt sich mit der aus der längeren Verweilzeit brennender Kohlestaub- partikel in dem Flammenraum resultierenden Wirkung und der Vorwärmung der Kohle. Infolge der längeren Ver@eil- zeit besteht einige Sicherheit, dass die Flamme in dam Flammenraum des Stahlmantels 1 und der Auskleidung v1 nicht ganz erlischt, wenn es zu einem Abreissen der Flamme von dem Brsnnstoffeintritt kommt. Ein solches Abreissen kann beispielsweise durch eine Störung des Brennstoffzuflusses verursacht werden. Dann schlägt die sich noch in dem Flammenraum befindende Restflamme auf den Brennstoffeintritt zurück. Die vorteilhafte Wirkung der Verweilzeit nimmt mit dar Dauer zu. Die Deuer der Verweilzeit hängt von dem Drallwinkel des Sekundär- stromes eb. Andererseits verursacht ein starker Drell- winkel einen erheblichen Strömungsverlust. Dener ist die Verweilzeit mit den sich aus den Strömunosverlusten ergebenden Nachteilen zu optimieren. Neben der Verweilzeit und der Wärmeuirkung der Auskleidung, die im Hinblick auf die Einhaltung der Be- triebstemperatur von etwa 13500 ein bestimmtes ess nicht überschreiten darf und deshalb mit einer zwischen 200 und 300 Watt pro Ei2 und Grad kelvin liegenden Kühlleistung mit der durch den Stahlmantel 1 strömenden Keltluft gekühlt wird, trägt die durch die warme Primär- luft bewirkte gleichmässige Vorwärmung des Brennstoffes dedurch zur Werbrennung bei, dass lediglich noch eine relativ geringe Erwärmung erforderlich ist, um dar Kohl± die Zündtemperatur zu geben. In dem Flammenraum findet die erste Stufe eines zwei- stufigen Verbrennungsvorganges statt. Diese erste Stufe ist durch Einstellung der Sekundärluft und Primärluft bzw. des zugeführten Kohlestaub/Luftgemisches, sowie durch die Verdrallung der Sekundarluft festgelegt. 0. h. die Verdrallung und die Verweilzeit sind dieser Ver brennungsstufe anzupassen. In der ersten Verbrennungs- stufe soll bis zum Austritt des Stahlmantels 1 und der Auskleidung 11 ein Ausbrand von = 0,4 - G,8 stattfinden. = 1 würde einer 100 %igen Verbrennung entsprechen. Im Ausführungsbeispiel ist ein Ausbrand en der oberen, zulässigen Grenze gewählt. Dieser Ausbrand wird durch eine unterstöchiometrische Verbrennung erreicht. Im Falle einer solchen Verbrennung wird nicht der entsprechende dem molekularverhältnis des Brennstoffes notwendige Seuerstoff beigebracht. Dadurch tritt eine unvoll ständige Verbrennung ein, denn die Kohlestaubparti kel verbrennen nicht nacheinander, sondern alle gleich- mässig. Es entsteht eine verzögerte Verbrennung, die eine Stickoxydbildung (not) unterdrückt. In der ersten Verbrennungsstufe tritt infoige der 13500 C nicht überschreitenden Verbrennungstemperatur keine flüssige Schmelze auf. Es findet ein trockener Verbren- nungsvorgang statt. Die teilweise verbrannten Kohlestaubpartikel sind weich. Die teilweise ausgebrannton, weichen Kohlepartikel verursachen gegenüber oeschmolzenen und erstarrten Schlackenpartikeln eine sehr viel geringere Erosion ar der Auskleidung des Brenners. In der zweiten Stufe wird ausserhalb des von dem Stahlmantel 1 und der Auskleidung 11 umschlossenen Raums durch die Rohrleitungen 22 Tertiärluft zugeführt. trit der Tertiärluft soll eine überstöchioetrische Verbrennung stattfinden, d. h. Es soll ein Luftüberschuss erzeugt werden. Bei diesem Luftüberschuss ist eine wirtschaftliche Optimierung zwischen dem minimal zur vollstän- digen Verbrennung der Kohlepartikel notwendigen Luft strom und einer vorteilhaften Wirkung eines starken luft überschusses bei einer nachfolgenden Wärmagewinnung durch in den Abgas strom geschaltete Wärmatauscher zu treffen. Während ein übermass an Rauchgas die Wärmege- winnung mit den nachgeschalteten Wärmetauschern erleichtert, erschwert sich die Bereitstellung der zur Erzeugung der gecünschten Rauchgasmenge notwendige Luftmenge mit grösser werdender Menge. Diese Erschwernisse resultieren u.a. aus den mit zunehmender Strö- mungsgeschwindigkeit überproportional wachsenden C;trö- mungswiderständen. Das gilt insbesondere für die Strömungsverhältnisse in dem Ctahlmantel 1, die u.a. durch die Durchflussquerschni.tte und das durch di Steigung der Leitfläche 9 und 10 bestimmte r..ass der Luftumlen- kung bestimmt werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Luft mit abnehmender Steigung bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit eine längere Verweilzeit in dem Stahlmantel 1 het und dadurch eine zunehmende Erwärmung erfährt. Im übrigen dienen die Leitbl@che da- zu, der Luft eine 2wangsfLhrung zu allen Umfangsstellen des Stahlmantals zu geben, um punktuelle oder streifen- förmige Über@itzungen zu verhindern. Mit Hilfe der Düsen 24 und eines 99f. unterschiedlich ge etalteten Tertiärluftstromes kann die Flamme vor dem Stahlmantel 1 in beliebiger Leise der Geometrie des zugehörenden Kessels angepasst werden. Anpassung heisst beispielsweise Verhlängerung oder Berbreiterung oder Umlenkung. Sofern die Düsen 24 an der Längs- und Mittelachse des Stahlmantels 1 vorbeizeigen, ist vorgesehen, dass die austretende Tertiärluft in Bewegungsrichtung und nicht entgegen der Bewegungsrichtung des aus dem Stahlmantel 1 austretenden, spiralförmig umlaufenden Staub/Luftgemisches in dieses eintritt. Damit wird eine Vernichtung von BEwagungsenergie vermieden. Gleich@ohl findet eine zur vollständigen Verbrennung der Kohlepartikel ausreichande Vermischung mit dem Tertiärluftstrom statt. Im Ausführungsbeispiel wird Anthrezitsteub in einer Menge von 600 kg/Stunde eingesetzt. Der Anthrazitstaub hat einen Heizwert von 30.000 G3/kg. Seine Mahlfeinheit beträot zu 95 57 kleiner 0,02 mm. Das ist weit unterhalb des zulässigen Bereiches von 0,05 mm. Der Anteil flüchtiger Bestandteile des Anthrazitstaubes ist 8 % in rohem Zustand. Der Wassergehlt ist 1 57, 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 ca. 400 C liegt. Statt der Anthrazitkohle können auch belie bige 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 Rchr 4B in den Flammenraum geschoben. Der Zündbrenner ist als Öl- oder Gasbrenner ausgebildet und besitzt eine Zündlei- stung von 10 der Brennerleistung. Mit dem Zündbrenner 47 wird nach ausreichander Vorwärmung des Brenners das austretende Kohlestaub/Luftgemisch gezündet. Beim Zünden wird die Zuteileinrichtung, d. h. die Brennstoff dosierung, bis an die stöchiometrischen Eedinoungen 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 Kohle- staubdosierung und die Tertiärluftregelung gefahren. In dieser Weise wird der Brenner auch betrieben, wenn statt Anthrazitkohle mit einem flüchtigen Gehalt von weniger als 10 57 Koks eingesetzt wird. Der Betrieb mit Koks ist sogar insofern leichter, als Staub mit grö Oberen Partikeln bis zu 0,15 mm eingesetzt werden kann. Der erfindungsgemässe Brenner eignet sich besonders für Industriekessel, zur Fernwärmeerzeugung, für Brennkammern der Zementindustrie und andere industrielle Brennöfen. Er kann sowohl als Decken- wie auch als Frontbrenner eingesetzt werden. Durch die inögliche Einflussnahme auf die Flammengeometrie bietet sich oer erfingungsgemässe Brenner insbesondere für kurze Brennkammern an. Ferner ist der erfindungsgemässe Brenner duch seine Eigenkühlung auch in ungekühlten Brennkammern einsetzbar und eignet er sich in besonderer Weise für eine Baukaustenbauweise.

Claims: Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Kühlung eines Kohlebrenners, ge kennzeichnet durch einen luftgekühlten Hohlmantel (1). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Hohlmantel mit einem die Luft in Längsrichtung des Hohlmantels (1) hin und zurück leitenden Führungsblech (8) und/oder mit die Luft in eine spiralförmige Bewegungsbeihn bringenden LEitblechen (9, 10) versehen ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch gegenläufige Leitblechspiralen (9, 10) beiderseits des Führungsbleches (e). 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftaustritt des Hohlmantels (1) mit dem Lufteintritt (X0) des Brenners verbunden ist.

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: F23M5
IPC codes: F23C7, F23D1, F23M5