Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffstaub in einer Tangentialfeuerung und Tangentialfeuerung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Bei einem Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffstaub in einem vertikalen Feuerraum (1) mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt, bei dem in mindestens einer Horizontalebene in jeder Feuerraumwand (2-5) mindestens ein Brennstoffstaubbrenner (6) angeordnet ist, von jedem Brennstoffstaubbrenner zumindest ein Brennstoff-Luft-Gemisch (9) und Sekundärluft tangential auf einen gedachten Kreis (K1) ausgerichtet in den Feuerraum eingeblasen werden, und dem Feuerraum für die Verbrennung erforderliche weitere Luft zugeführt wird, ist zur Erleichterung der Steuerung bzw. Regelung des Dralls im Feuerraum vorgesehen, daß zum Aufbau eines Drallbrenners (6) die Sekundärluft (10) die Primärluft (9) umhüllt und die Primärluft und/oder die Sekundärluft verdrallt (11) werden, daß der Drallbrenner (6) jeweils im wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand (3) ausgerichtet wird, und daß zwischen jedem Drallbrenner (6) und einer ihm benachbarten Feuerraumwand (2) ausgerichtet auf einen zweiten gedachten Kreis (K2) in derselben Horizontalebene ein Gas (12; 14) in den Feuerraum (1) eingeblasen wird, wobei die Einblasung von Primärluft und/oder Sekundärluft einerseits und von Gas andererseits vertrimmt werden kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffstaub in einem vertikalen Feuerraum mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt, bei dem in mindestens einer Horizontalebene in jeder Feuerraumwand mindestens ein Brennstoffstaubbrenner angeordnet ist, von jedem Brennstoffstaubbrenner zumindest ein Brennstoff-Luft-Gemisch (Primärluft) und Sekundärluft tangential auf einen gedachten Kreis ausgerichtet in den Feurraum eingeblasen werden, und dem Feuerraum für die Verbrennung erforderliche weitere Luft zugeführt wird.

[0002] Aus der EP 428 932 B1 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem in mindestens einer Horizontalebene jeweils in der Mitte der Feuerraumwand ein Strahlbrenner angeordnet ist, wobei jeder Strahlbrenner schräg zur Feuerraumwand ausgerichtet ist, um das Brennstoff-Luft-Gemisch und Sekundärluft tangential auf einen gedachten Kreis ausgerichtet schräg nach unten, in den Feurraum einblasen zu können. Der Impuls der sich im Feurraum einstellenden Feuerwalze wird im wesentlichen allein durch den Impuls der eingebrachten Primärluft und Sekundärluft bestimmt. Dadurch wird die Steuerung bzw. Regelung des Drallimpulses der Feuerwalze im Feurraum erschwert.

[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem die Steuerung bzw. Regelung des Dralls im Feuerraum erleichtert wird.

[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zum Aufbau eines Drallbrenners die Sekundärluft die Primärluft umhüllt und die Primärluft und/oder die Sekundärluft verdrallt werden, daß der Drallbrenner jeweils im wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand ausgerichtet wird, und daß zwischen jedem Drallbrenner und einer ihm benachbarten Feuerraumwand ausgerichtet auf einen zweiten gedachten Kreis in derselben Horizontalebene ein Gas in den Feuerraum eingeblasen wird, wobei die Einblasung von Primärluft und/oder Sekundärluft einerseits und von Gas andererseits vertrimmt werden kann.

[0005] Durch den Einsatz von Drallbrennern anstelle von Strahlbrennern wird zu-nächst die Verbrennungsstabilität des Drallbrenners ausgenutzt. Der Drallbrenner wird senkrecht zur Feuerraumwand ausgerichtet und so in der Wand angeordnet, daß er tangential auf den gedachten Kreis ausgerichtet ist, d.h. es erfolgt eine exzentrische Anordnung in der Wand. Da in derselben Horizontalebene zwischen dem Drallbrenner und einer ihm benachbarten Feuerraumwand ein auf einen zweiten gedachten Kreis augerichtetes Gas eingeblasen wird, kann eine Impulsvertrimmung zwischen dem Drallbrenner und dem Gasstrahl erreicht werden, wodurch eine Steuerung bzw. Regelung des Dralls der Feuerwalze im Feuerraum ermöglicht wird.

[0006] Als Gas kann zum einen über mindestens eine auf einen größeren zweiten gedachten Kreis ausgerichtete und zwischen dem Drallbrenner und der ihm benachbarten Feuerraumwand angeordneten Düse Luft in den Feuerraum eingeblasen werden. Durch Vertrimmung zwischen der Luftzufuhr zum Drallbrenner, (z. B. Vertrimmung der Sekundärluft) und der der Luftdüse zugeführten Luft kann der Drall der Feuerwalze im Feuerraum eingestellt werden.

[0007] Zum anderen ist es aber möglich, über mindestens einen in der Wand zusätzlich angeordneten Brenner ein Brennstoff-Luft-Gemisch und gegebenenfalls weitere Luft in den Feuerraum einzublasen. Hier kann durch Vertrimmung der Primärluft- und/oder Sekundärluft-Beaufschlagung der beiden nebeneinander angeordneten Brenner auf einfache Weise eine Steuerung bzw. eine Regelung des Dralls im Feuerraum erfolgen.

[0008] Vorzugsweise wird der Zusatzbrenner zwischen dem Drallbrenner und der ihm benachbarten Feuerraumwand angeordnet und auf einen größeren zweiten gedachten Kreis ausgerichtet.

[0009] Auch ist es möglich, daß anstelle eines einzelnen Drallbrenners eine von mindestens zwei Teilbrennern aufgebaute Drallbrennereinheit eingesetzt wird, deren Gesamtimpuls auf den ersten gedachten Kreis ausgerichtet wird.

[0010] Es ist natürlich auch möglich, zusätzlich zu den beiden Brennern auch noch über eine zwischen dem äußeren Brenner und der ihm benachbarten Wand angeordnete Düse Luft in den Feuerraum einzublasen. Die einzublasende Luft übernimmt nicht nur die Aufgabe einer möglichen Vertrimmung, sondern kann auch gleichzeitig dazu dienen, die von der zugeführten Luft überstrichenen Wandbereiche vor dem Eingriff korrosiver Verbrennungsgase zu schützen.

[0011] Es ist natürlich von Vorteil, wenn als Zusatzbrenner ebenfalls mit Brennstoffstaub betriebene Drallbrenner eingesetzt werden. Auch ist es zweckmäßig, wenn die Austrittswinkel der Zusatzbrenner und/oder Luftdüsen wie der Austrittswinkel der Drallbrenner senkrecht zur Feuerraumwand ausgerichtet sind.

[0012] Auch kann es für die Beeinflussung der Verbrennung von Vorteil sein, daß mittels mindestens einer über jeden Brenner angeordneten Stufenluftdüse Stufenluft zugeführt wird.

[0013] Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß bei Übereinanderanordnung mehrerer Drallbrenner zu einer Baugruppe in einer Feuerraumwand über mindestens eine oberhalb der Brennerbaugruppe angeordnete Düse Oberluft zugeführt wird.

[0014] Weitere Ansprüche richten sich auf eine Tangentialfeuerung zur Durchführung des Verfahrens.

[0015] Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1

eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Tangentialfeuerung,

Fig. 2

einen Horizontalschnitt durch einen Feuerrraum gemäß Fig. 1 in einer Brennerebene mit jeweils einem Drallbrenner und einer Luftdüse in jeder Feuerraumwand,

Fig. 3

einen Horizontalschnitt vergleichbar Fig. 2 mit zwei nebeneinander in einer Wand angeordneten Drallbrennern und

Fig. 4

einen Horizontalschnitt vergleichbar Fig. 3 mit einer Drallbrennerbaueinrichtung und einer Luftdüse in jeder Feuerraumwand.

[0016] Der in Fig. 1 gezeigte Feuerraum 1 weist einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt auf und ist durch vier Feuerraumwände 2-5 begrenzt. In jeder Feuerraumwand ist eine mit drei übereinander angeordneten Drallbrennern 6 versehene Brennerbaugruppe 7 angeordnet. Die Brenner 6 sind jeweils in einer Horizontalebene und in der ihnen zugeordneten Seitenwand um den Betrag E exzentrisch versetzt angeordnet und erstrecken sich senkrecht zur Feuerraumwand. Der Versatz E entspricht dem Radius eines zur Mittelachse 8 des Feuerraums 1 konzentrischen gedachten Kreises K1, d.h. die Achse A des Brenners liegt tangential an den Kreis K1. Drallbrenner sind an sich bekannt, und weisen mindestens ein Primärluftrohr 9, über das ein Brennstoffstaub-Luft-Gemisch in den Feuerraum eingeführt werden kann, und ein Sekundärluftrohr 10 auf, das das Primärluftrohr 9 umhüllt. Weitere Rohre sind denkbar, wie z. B. ein Kernluftrohr in dem Primärluftrohr und ein das Sekundärluftrohr umgebendes Stufenluftrohr, wobei zwischen Sekundärluft und Stufenluft ggf. auch noch ein Trennluftschleier in den Feuerraum eingeblasen werden kann.

[0017] Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die Sekundärluft mittels einer Dralleinrichtung 11 verdrallt, so daß sich eine Flamme mit internem Rückströmgebiet aufbauen kann. Die Verdrallung ist durch die Pfeile P schematisch dargestellt.

[0018] Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, dient der Versatz der Brenner zum Aufbau einer sich in Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinne drehenden aufsteigenden Feuerwalze, wobei sich die den einzelnen Brennern zuzuordnenden Strömungsgebiete F miteinander verzahnen.

[0019] Zwischen dem Brenner 6 in der Feuerraumwand 3 und der ihm am nächsten liegenden Feuerraumwand 2 ist der in Wand 3 eine Luftdüse 12 vorgesehen, deren Strahl tangential auf einen zum Kreis K1 konzentrischen größeren Kreis K2 ausgerichtet ist. Durch Vertrimmung der dem Brenner 6 und der Düse 12 zugeführten Lüfte kann wegen des Hebelarms K2-K1 zwischen der Luftdüse 12 und der Achse des Brenners 6 der von diesen beiden auf die Feuerwalze aufgebrachte Gesamtimpuls durch Vertrimmung gesteuert bzw. geregelt werden, wobei wegen des Hebelarms der Düse 12 eine Änderung des impulses an der Düse 12 zu einer größeren Änderung des Gesamtimpulses führt als eine Veränderung der Luftzufuhr über den Brenner 6.

[0020] Da es zur Erzielung eines möglichst großen Hebelarms zweckmäßig ist, die Düse 12 möglichst dicht an die Wand 2 heranzusetzen, kann auch auf einfache Weise die Feuerraumwand 2 gegen Korrosion geschützt werden. Dieselbe Konfiguration findet sich in den anderen Feuerraumwänden 2, 5, 4.

[0021] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist dem auf einen Kreis K1 ausgerichteten Drallbrenner 6 ein weiterer Drallbrenner 13 zugeorndet, der auf einen größeren Kreis K2 ausgerichtet ist. Durch Vertrimmung der Primär- und/oder Sekundärluftbeaufschlagung der Brenner 6 und 13 kann ebenfalls eine Steuerung bzw. Regelung des Dralls der Feuerwalze im Feuerraum vorgenommen werden. Auch der Brenner 13 ist wie der Brenner 6 senkrecht zur Feuerraumwand ausgerichtet. Die Drallbrenner 6 und 13 werden mit gegensinnigem Drall P₆ bis P₁₃ betrieben.

[0022] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist anstelle eines Drallbrenners 6 ist eine Drallbrennerbaueinheit 14 vorgesehen, die aus zwei Teilbrennern 14a und 14b besteht. Die beiden Teilbrenner sind so in der ihnen zugeordneten Wand angeordnet, daß die Mittelachse 11 der Baueinheit auf den Kreis K1 ausgerichtet ist. Damit ist eine weitere Vertrimmungsmöglichkeit für den Impuls der Feuerwalze im Feuerraum gegeben. Der Drall P_14a bzw. P_14b der beiden Teilbrenner ist gegensinnig.

[0023] In den Fig. 2 und 4 ist jeweils nur eine Trimmluftdüse 12 dargestellt, während in der Fig. 1 zwei Trimmluftdüsen 12 dargestellt sind. Es ist möglich, mit mindestens einer oder mehreren Trimmluftdüsen 12 zu arbeiten.

[0024] Weiterhin ist in der Fig. 1 noch jedem Brenner 6 eine obere Stufenluftdüsen 15 und sind jeder Brennerbaugruppe 7 oderhalb des obersten Brenners 6 angeordnete sogenannte Oberluftdüsen 16 zugeordnet, deren Verteilung auf die exzentrisch angeordneten Achsen A der Brennerbaugruppe 7 ausgerichtet ist, d.h. bei den in der Fig.1. gezeigten drei Oberluftdüsen 16 liegt die mittlere Düse in der Vertikalebene, die von den Brennerachsen A aufgespannt ist. Die Gesamtoberluft unterstützt somit den Drall der Feuerwalze im Feuerraum.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffstaub in einem vertikalen Feuerraum mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt, bei dem in mindestens einer Horizontalebene in jeder Feuerraumwand mindestens ein Brennstoffstaubbrenner angeordnet ist, von jedem Brennstoffstaubbrenner zumindest ein Brennstoff-Luft-Gemisch (Primärluft) und Sekundärluft tangential auf einen gedachten Kreis ausgerichtet in den Feuerraum eingeblasen werden, und dem Feuerraum für die Verbrennung erforderliche weitere Luft zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau eines Drallbrenners die Sekundärluft die Primärluft umhüllt und die Primärluft und/oder die Sekundärluft verdrallt werden,

daß der Drallbrenner jeweils im wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand ausgerichtet wird,

und daß zwischen jedem Drallbrenner und einer ihm benachbarten Feuerraumwand ausgerichtet auf einen zweiten gedachten Kreis in derselben Horizontalebene ein Gas in den Feuerraum eingeblasen wird, wobei die Einblasung von Primärluft und/oder Sekundärluft einerseits und von Gas andererseits vertrimmt werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens eine auf einen größeren zweiten gedachten Kreis ausgerichtete und zwischen dem Drallbrenner und der ihm benachbarten Feuerraumwand angeordneten Düse Luft in den Feuerraum eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß über midnestens einen in der Wand zusätzlich angeordneten Brenner ein Brennstoff-Luft-Gemisch und ggf. weitere Luft in den Feuerraum eingeblasen werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzbrenner zwischen dem Drallbrenner und der ihm benachbarten Feuerraumwand angeordnet und auf einen größeren zweiten gedachten Kreis ausgerichtet wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drallbrenner von zwei Teildrallbrennern aufgebaut wird, deren Gesamtimpuls auf den ersten gedachten Kreis augerichtet wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5,
dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzbrenner ebenfalls mit Brennstoffstaub betriebene Drallbrenner eingesetzt werden.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Nebeneinanderanordnung von zwei Drallbrennern diese mit gegensinnig gerichtetem Drall betrieben werden.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel der zugeordneten Zusatzbrenner und/oder Luftdüsen senkrecht zur Feuerraumwand ausgerichtet sind.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 -.8,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels mindestens einer über jedem Brenner angeordneten Stufenluftdüse Stufenluft zugeführt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 9
dadurch gekennzeichnet, daß bei Übereinanderanordnung mehrerer Drallbrenner zu einer Baugruppe in einer Feuerraumwand über mindestens eine oberhalb der Brennerbaugruppe angeordnete Düse Oberfeuerluft zugeführt wird.

11. Tangentialfeuerung zum Verbrennen von Brennstoffstaub in einem vertikalen Feuerraum mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt, bei dem in mindestens ein Brennstoffbrenner angeordnet ist, jeder Brennstoffstaubbrenner für die Zufuhr eines Brennstoff-Luft-Gemisches (Primärluft) und Sekundärluft ausgelegt und tangential auf einen im Feuerraum gedachten Kreis ausgerichtet ist und Mittel für die Verbrennung erforderlicher weiterer Luft vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffstaubbrenner ein Drallbrenner (6; 14) ist, bei dem Primärluft (9) und/oder die die Primärluft umhüllende Sekundärluft (10) verdrallbar ist, daß der Drallbrenner jeweils im wesentlichen senkrecht zur Feuerraumwand ausgerichtet ist und daß zwischen jedem Drallbrenner (6) und einer ihm benachbarten Feuerraumwand (2) ausgerichtet auf einen zweiten gedachten Kreis (K2) in derselben Horizontalebene eine Einrichtung (12, 13) zum Einblasen eines Gases in den Feuerraum vorgesehen ist.

12. Tangentialfeuerung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drallbrenner (6) und der ihm benachbarten Feuerraumwand (2) eine Luftdüse (12) angeordnet ist, die auf einen größeren zweiten gedachten Kreis (K2) ausgerichtet ist.

13. Tangentialfeuerung nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Drallbrenner (6) in der Wand ein weiterer Brenner (13) angeordnet ist, über den ein Brennstoff-Luft-Gemisch und gegebenenfalls weitere Luft in den Feuerraum einblasbar ist.

14. Tangentialfeuerung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzbrenner ein mit Brennstoffstaub betriebener Drallbrenner (13) ist.

15. Tangentialfeuerung nach mindestens einem der Ansprüche 11 - 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drallbrenner von einer mindestens zwei auf Abstand angeordneten Teilbrennern (14a, 14b) gebildet ist, deren Mittelachse (M) auf den gedachten Kreis (K1) ausgerichtet ist.

Zeichnung