Vorrichtung zum Verbrennen von Kohlenstaub

Abstract

 Bei einer Vorrichtung zum Verbrennen von Kohlenstaub mit einer in eine Nachverbrennungskammer (7) hineinreichende Primär^flamme (3), welcher der Kohlenstaub beigemischt wird, soll die Verbrennung des Kohlenstaubes und die Entfernung der Rückstände verbessert werden. Die Nachverbrennungskammer (7) besteht aus einem Ringkanal (6) dessen Ringachse (32) vertikal und quer zur Achse der Primärflamme verläuft An beiden Stirnseiten des Ringkanals (6) ist je eine Austrittsöffnung (11; 12) vorgesehen. Ein den Ringkanal (6) koaxial durchsetzendes und beidseitig überstehendes Innenrohrstück (13) mit Durchbrüchen (25) beeinflußt die Verweildauer der Flammgase im Ringkanal.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von Kohlenstaub mit einem Brenner zur Erzeugung einer Primärflamme, die in eine Nachverbrennungskammer reicht, in der Kohlenstaub den Flammgasen durch Verwirbelung untermischt wird.

[0002] Bei einer aus der DE-OS 27 29 476 vorbekannten Vorrichtung dieser Art ist die mit Leichtöl betriebene Primärflamme vertikal abwärts in ein zur Flammrichtung koaxiales Flammrohr gerichtet, das sich nach unten zunehmend auf eine Nachverbrennungskammer erweitert, in der die Flammgase unter anderem angetrieben durch eingeblasene Verbrennungsluft eine Wirbelströmung um die Flammachse ausführen sollen. In das Zentrum dieser Wirbelströmung wird Kohlenstaub eingeblasen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, Kohlenstaub möglichst weitgehend zu verbrennen und sicherzustellen, daß die dabei anfallenden Rückstände an Kohlenstaub und Asche möglichst weitgehend aus den abziehenden Rauchgasen entfernt werden.

[0004] Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Leitflächen und/oder Begrenzungswände der Nachverbrennungskammer für eine Zwangsführung der Flammgase in einem Ringkanal mit Ringachse vertikal und quer zur Achse der Primärflamme vorgesehen sind und daß die Nachverbrennungskammer je eine Austrittsöffnung an beiden Stirnseiten des Ringkanals dem Innern des Ringkanals gegenüber aufweist.

[0005] Der Ringkanal bietet den Flammgasen die nötige Zeit, den Kohlenstaub zu verbrennen, und die beiden Austrittsöffnungen gestatten den separaten Abzug der Rauchgase nach oben und der schweren Rückstände nach unten, jeweils aus dem Zentrum, also der ruhigen Zone der Wirbelströmung.

[0006] Es ist wünschenswert, vorhandene öl- oder gasbrennerbetriebene Kessel auf Kohlenstaubverbrennung umzurüsten. Dazu ist es erforderlich, die nach der Erfindung vorgesehene Nachverbrennungskammer innerhalb des Feuerraums unterzubringen. Eine dafür und auch für andere Anwendungsfälle geeignete, gedrängt ausführbare_Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist in Weiterbildung dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner mit etwa horizontal gerichteter Primärflamme angeordnet ist und daß die Primärflämme von einem etwa horizontal angeordneten Flammrohr eingefaßt ist, das in die Nachverbrenungskammer mündet, und daß die Nachverbrennungskammer ein beidseitig offenes, aber mit eingezogenen Rändern versehenes Außenrohrstück und ein in dieses eingesetztes Innenrohrstück aufweist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Austrittsöffnung und in seinem Mantel Strömungsüffnungen aufweist Bei dieser Weiterbildung wird immer nur ein Teil der im Ringkanal kreisenden Strömung abgezweigt und gelangt dann in das Innere des Innenrohrs und von da an die Austrittsöffnungen. Durch Bemessung dieser Abzweigung hat man es in der Hand, die Verweildauer der Flammgase im Ringkanal und damit die Zeitspanne, die für die Verbrennung des Kohlenstaubs zur Verfügung steht, zu beeinflussen. Auch im Ringkanal fallen feste Verbrennungsrückstände an und diese können durch Ringschlitze entweichen, die infolge des kleineren Durchmessers des Innenrohrstückes zwischen dem Innenrohrstück und den eingezogenen Rändern freibleiben.

[0007] In den Unteransprüchen sind weitere Merkmale der Erfindung angegeben.

[0008] Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

[0009] In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung im Querschnitt von der Seite gesehen,

Figur 2 die Ansicht gemäß dem Pfeil II aus Figur 1,

Figur 3 den Teilschnitt III aus Figur 1,

Figur 4 den Schnitt IV aus Figur 1,

Figur 5 perspektivisch das Innenrohrstück aus Figur 1 und 2 gesondert herausgezeichnet,

Figur 6 einen Schnitt durch den Brenner mit verlängerter Luftlanze

Figur 7 einen Schnitt durch eine abgewandelte Nachverbrennungskammer

Figur 8 eine doppelte Nachbrennkammer

[0010] Gemäß Figur 1 bis 7 ist mit 1 der Kopf eines Brenners 2 bezeichnet, der mit Öl und/oder Gas als Brennstoff betrieben wird und dazu dient, die·Primärflamme 3 zu erzeugen. Dieser Brenner 2 ist mit horizontaler Flammachse 4 angeordnet. Koaxial zur Flammachse 4 ist ein Flammrohr 5 vorgesehen, das die Primärflamme 3 einfaßt und tangential, wie aus Figur 2 und 4 ersichtlich, in einen Ringkanal 6 einer Nachverbrennungskammer 7 mündet. Die Nachverbrennungskammer 7 weist ein an beiden Seiten offenes Außenrohrstück 8 auf, dessen Ränder 9, 10 an beiden Seiten U-förmig umgebördelt beziehungsweise eingezogen sind, so daß zwei Austrittsöffnungen 11,12 offen bleiben. Diese beiden Austrittsöffnungen sind koaxial und koaxial dazu ist durch beide Austrittsöffnungen ein Innenrohrstück 13 gesteckt, das etwas länger ist als das Außenrohrstück 8 und demzufolge beidseitig etwas übersteht. Der Außensurchmesser 15 der Austrittsöffnungen 11,12 so daß beidseitig ein Ringkanal 17,18 offen bleibt. Das Innenrohrstück 13 stützt sich mit drei auf den Umfang verteilt angeordneten Stützlaschen 21, 22,23 auf dem gebördelten Rand 9 ab. In dem Mantel 24 des Innenrohrstückes 13 ist ein Durchbruch 25 vorgesehen, dessen Mantelstücke zu Leitflächen 26, 27, 28 aufgebogen sind, so daß sie spitzwinklig zur Mantelfläche 24 stehen. Die Leitfläche 27 ragt gegen die durch den Pfeil 29 angedeutete Strömungsrichtung in den Ringkanal 6, die. Leitfläche 28 ragt gegen die Strömungsrichtung in das Innere des Innenrohrstücks 13 und die Leitfläche 26 mit der Strömungsrichtung in das Innere des Innenrohrstücks und überdeckt dabei die Leitfläche 28.

[0011] Mit 30 und 31 sind zwei planparallel zueinander, senkrecht zur Achse 32 des Innenrohrstücks 13 stehende Leitflächen bezeichnet, die sich im Übergangsbereich 34 vom Flammrohr 5 zur Nachverbrennungskammer 7 erstrecken und einen Umfangsbereich des Ringkanals 6 ausfüllen. Mit 35 ist eine über die Flammwurzel hinaus in das Flammrohr 5 hineinragende Luftlanze 35 bezeichnet, durch die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung 36 inr das Flammrohr 5 eingeblasen werden kann. Mit 37 ist eine Kohlenstaublanze bezeichnet, die oben im vorderen Teil des Übergangsbereichs 34 in das Flammrohr 5 mündet und durch die, gemäß Pfeilrichtung 38, Kohlenstaub in das Flammrohr dosiert rieseln kann. Mit 39 ist eine mit radialen Schlitzen 40 versehene, im Kopf des Brenners angeordnete Stauscheibe bezeichnet, die, wie aus Figur 3 ersichtlich, eine Aussparung 41 für die Luftlanze 35 aufweist. Bei Bedarf kann man auch mehrere Luftlanzen 35 zum Beispiel auf den Umfang verteilt vorsehen. Die Luftströmung bedingt durch die Luftlanze 35 beziehungsweise die vorgesehenen mehreren Luftlanzen trägt erheblich mit dazu bei, daß der einrieselnde Kohlenstaub in den Ringkanal 6 der Nachverbrennungskammer 7 getrieben wird.

[0012] Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Bei brennender Primärflamme 3 wird Kohlenstaub und Frischluft in das Flammrohr 5 eingeblasen. Die Verbrennungsgase mit der Flamme treten in den Ringkanal 6 und werden dort zu einer kreisenden Strömung gezwungen, deren Verweilzeit so bemessen ist, daß der Kohlenstaub optimal verbrannt wird. Von dieser kreisenden Strömung wird durch die Leitfläche 27 jeweils ein Teil abgezweigt, der in das Innere des Innenrohrstückes 13 gelangt und dann nach oben, zum Teil auch nach unten abströmt. Durch die Leitfläche 26 wird die im Innenrohrstück 13 noch kreisende Strömung daran gehindert, wieder in den Ringkanal 6 zurückzuströmen. Die schwereren Asche- und Kohlenstaubteilchen scheiden sich aus und treten infolge Schwerkraft- und Zentrifugalkraftwirkung aus den Austrittsöffnungen 11, 12 und auch aus den Ringkanälen 17, 18 aus und fällen nach unten, während die Rauchgase(17, 18) durch die Öffnungen 42, 43 abströmen.

[0013] Zur Verbesserung der Nachverbrennungskammer 7 mit Kohlenstaubgranulaten ist gemäß Fig. 6 die Luftlanze 35 bis in den Gebläseraum 44 des Brenners 2 verlängert. In die verlängerte Luftlanze 35 werden die Kohlenstaubgranulate über das Fallrohr 45 eingeblasen, welches in Strömungsrichtung in die Luftlanze mündet. Die Kohlenstaubgranulate werden durch das Schleusenrad 46 dosiert und rieseln in das Fallrohr 45. Aus dem Gebläseraum 44 wird über die Luftleitung 47 Druckluft direkt an dem Schleusenrad 46 zugeführt, wodurch die Kohlenstaubgranulate beschleunigt in die Luftlanze 35 eingeblasen, mit der durch die Luftlanze über den Strömungstrichter 48 strömenden Luft intensiv vermischt und mühelos in die Nachverbrennungskammer eingeblasen werden.

[0014] Die Kohlenstaubgranulate wirken an der Wandung der Luftlanze und des Fallrohres nach dem Prinzip eines Sandstrahlgebläses und reinigen diese fortlaufend von evtl. sich festsetzenden Staubteilchen.

[0015] Durch die Leitwand 49 gemäß Fig. 7 wird die Primärflamme mit den Kohlenstaubgranulaten und der Förderluft tangential zur Außenwand in die Nachverbrennungskammer so eingeführt, daß ein Zusammentreffen der kalten Kohlenstaubgranulate mit dem heißen Kern der Nachverbrennungskammer und damit eine Abkühlung und Verlangsamung der Radialflamme vermieden wird. Das Innenrohrstück 13 weist dadurch eine konstante Brenntemperatur auf, die etwa beim Schmelzpunkt des Verbrennungsmaterials liegt. Die Leitwand 49 verringert außerdem den Luftbedarf, was eine gute Verbrennung und einen hohen C0₂-Wert zur Folge hat.

[0016] Das Außenrohrstück 8 der Nachverbrennungskammer 7 ist nach Fig. 7 mit einem weiteren Mantel 50 mit Abstand umgeben. Durch den so gebildeten Zwischenraum 51 kann die Verbrennungsluft zu ihrer Vorwärmung und gleichzeitigen Kühlung des Außenrohrstückes 8 geleitet werden.

[0017] Die Nachverbrennungskammer kann auch doppelt mit einem Brenner und einer Kohlenstaubzuführung gefahren werden, wie Fig. 8 andeutet. Eine doppelte Nachverbrennungskammer hätte den Vorteil, daß zur Erzeugung der Primärflamme ein Öl-oder Gasbrenner mit einer oder zwei Luftlanzen zur Beschickung von Kohlenstaubgranulaten ausreichen würde.

[0018] Die Teile in den Figuren 1 bis 8 dargestellt, sind vorzugsweise aus Eisenblech ausgebildet; es können aber auch einige dieser Teile oder alle diese Teile aus Keramik oder aus mit Keramik beschichtetem Metall hergestellt sein. Das empfielt sich insbesondere dann, wenn hohe Hitzebelastungen zu erwarten sind.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Verbrennen von Kohlenstaub mit einem Brenner zur Erzeugung einer Primärflamme, die in eine Nachverbrennungskammer reicht, in der Kohlenstaub den Flammgasen durch Verwirbelung untermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Leitflächen und/oder Begrenzungswände (8,9,10,13,) der Nachverbrennungskammer (7) für eine Zwangsführung der Flammgase in einem Ringkanal (6) mit Ringachse (32) vertikal und quer zur Achse der Primärflamme vorgesehen sind und daß die Nachverbrennungskammer je eine Austrittsöffnung (11,12) an beiden Stirnseiten des Ringkanals (6) dem Innern des Ringkanals gegenüber aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (2) mit etwa horizontal,-gerichteter Primärflamme (3) angeordnet ist und daß die Primärflamme (3) von einem etwa horizontal angeordneten Flammrohr (5) eingefaßt ist, das in die Nachverbrennungskammer (7) mündet, und daß die Nachverbrennungskammer (7) ein beidseiting offenes, aber mit eingezogenen Ränaern (9,10) versehenes Außenrohrstück (8) und ein in dieses eingesetztes Innenrohrstück (13) aufweist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Austrittsüffnung und in seinem Mantel (24) Strömungsöffnungen (25) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Strömungsöffnung (25) des Mantels (24) spitzwinklig zum Mantel geneigt angeordnete, die Strömung aus dem Ringkanal (6) durch die Strömungsöffnungen hindurch ablenkende Leitwände (26,27) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Innenrohrstutzens im Bereich der Strömungsöffnungen (25) des Mantels (24) Leitwände (26) angeordnet sind, die die Strömung im Innern des Ringkanals (6) vom Wiederaustritt durch die Strömungsöffnung (25) in den Ringkanal ablenken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (5) mit etwa tangentialer Strömungsrichtung in den zwischen Außenrohrstück (8) und Innenrohrstück (13) ausgesparten Ringkanal (6) mündet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch vertikale, in Strömungsrichtung planparallel im Übergangsbereich zwischen Flammrohr (5) und Nachverbrennungskammer (7) angeordnete Leitwände (30, 31).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaublanze (37) in eine bis in den Gebläseraum (44) des Brenners (2) geführte Luftlanze (35) mündet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaublanze (37) über ein Schleusenrad (46) mit einem Kohlenstaubbunker in Verbindung steht, wobei eine Luftleitung (47) aus dem Gebläseraum (44) des Brenners (2) Druckluft an das Schleusenrad (46) führt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine den Kohlenstaub tangential an die Außenwand der Nachverbrennungskammer (6) lenkende Leitwand (49).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei von einem einzigen Brenner gespeiste Nachverbrennungskammern.

Zeichnung