DE2742393A1 - Brenner - Google Patents

Description

Ishikawajima-Harima 18 022 60/ko

Jugokyo ICabushiki Kaisha,

Tokio/japan

Brenner

Die Erfindung betrifft einen mit Kohle, Gas oder flüssigem Brennstoff arbeitenden Brenner für einen Kessel od. dgl. in Kraftwerken oder Industrieanlagen.

Die bei der Verbrennung von Kohle, Ga⁰, oder flüssigen Brennstoffen in Brennern erzeugten Stickoxide (NO ) stellen ein großes Problem wegen der damit verbundenen Umweltbelastung dar, jedoch ist bislang noch kein Weg gefunden worden, mit dem Stickoxide vollständig aus Abgasen entfernt werden können. Unter diesen Umständen besteht der erfolgversprechendste Weg zur Verminderung der Umweltbelastung immer noch darin, die Verbrennungsbedingungen derart zu verbessern, daß die Erzeugung von Stickoxiden in der Verbrennungszone minimiert vird. Daher besteht ein zunehmendes Bedürfnis für entsprechend veiterentwickelte Brenner, die nicht nur bei Kesselneubauten verwendet werden können, sondern auch mit geringeren Kosten in bestehende Kessel eingebaut werden können und dabei die Erzeugung von Stickoxiden zufriedenstellend vermindern.

Eine wesentliche Zielsetzung der Erfindung besteht somit darin, einen Brenner zu schaffen, der nicht nur die oben erläuterten Anforderungen erfüllt, sondern auch eine Steuerung der Verbrennungsbedingungen über einen weiten Bereich entsprechend den Eigenschaften des zugeordneten Kessels ermöglicht. Dabei soll beim Anlassen oder Abstellen des Brenners eine so leichte Steuerung des Brenners erfolgen können, daß eine automatische und/oder Fernbedienung des Brenners möglich wird.

809813/0 860

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Prinzip dadurch gelöst, daß der Brenner mit einem ersten und einem zweiten Satz von Luftleitschaufeln versehen wird, so daß das Strömungsprofil der Verbrennungsluft an einer Brennerdüse oder die Flammenform über einen weiten Bereich je nach den Verbrennungsbedingungen eingestellt werden können und die Handhabung des Brenners einfach ist, da die zweiten Leitschaufeln in der Regel offengehalten werden und lediglich die ersten Leitschaufeln einfach automatisch oder in Fernbedienung gemäß dem Anfahren und Abstellen des Brenners eingestellt werden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den Ansprüchen.
Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen bekannten Brenner mit einfachem Leitschaufelkranz und einfachem Düsenkanal,

Fig. 2 ebenfalls einen bekannten Brenner, jedoch mit doppeltem Leitschaufelkranz und doppeltem Düsenkanal,

Fig. 3 einen den Fig. 1 und ? entsprechenden Schnitt duch einen erfindungsgemäßen Brenner,

Fig. 4a eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Strömungs*· profils bei einem bekannten Brenner und

Fig. 4b eine entsprechende Ansicht zur Erläuterung des Strömungsprofils bei einem erfindungsgemäßen Brenner.

In der Zeichnung sind entsprechende Teile in allen Figuren mit gleichen Bezugsζeichen versehen.

Vor der Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollen anhand der Fig. 1 und 2 die Probleme bei bekannten Brennern näher erläutert werden.

809813/Ό860

Der bekannte Brenner gemäß Fig. 1 mit einfachem Leitschaufelkranz und nur einem Düsenkanal ist an einer Ofenwand 1 montiert und weist ein inneres Führungsrohr 9 und ein äußeres Führungsrohr 14 zur Zuführung von pulverisierter Kohle 12 auf, wie dies im Oberteil von Fig. 1 veranschaulicht ist, weist weiterhin einen Gasbrenner 17 mit einer Stichlanze zur Zuführung von gasförmigem Brennstoff 13 auf, wie dies in der unteren Hälfte von Fig. 1 veranschaulicht ist, und weist schließlich einen Schwerölbrenner 15 mit einem Diffusor 16 zur Zuführung von flüssigem Brennstoff 11 im Mittelbereich des Brenners oder der Brenneröffnung 20 auf. Verbrennungsluft 2 wird durch entlang des Umfangs des Brenners angeordnete Leitschaufeln in Wirbelbewegung versetzt und zur Brenneröffnung 20 in der Ofenwand 1 durch einen Kanal geführt, der durch einen Düsenring 17, eine Schaufel stützplatte 21 und das äußere Führungsrohr 14 für die pulverisierte Kohle begrenzt ist. Zusätzlich zum Düsenring und der Stützplatte 21 für die Leitschaufeln ist ein innerer Deflektor 10 vorgesehen.

Einer der Hauptvorteile eines solchen Brenners liegt darin, daß er einfach im Aufbau ist, da lediglich die einstellbaren Luftleitschaufeln 5 zur Steuerung des Strömungsprofils der Luft ebenso wie zur Steuerung der Geschwindigkeiten der Luft dienen, jedoch ist der Einstellbereich sehr begrenzt und kann infolgedessen die Form der Flamme nur in engen Grenzen eingestellt werden. In der Praxis muß die Form der Flamme entsprechend der Emission von Schadstoffen wie Stickoxiden, Kohlenmonoxid und Feststoffpartikeln und entsprechend dem Einfluß der Fiammenform auf die Leistung des Kessels od. dgl. eingestellt werden. Daher sollte die Form der Flamme über einen großen Bereich einstellbar gehalten sein. Vom Standpunkt aus der Einstellbarkeit der Flammenform ist jedoch der bekannte Brenner gemäß Fig. 1 nicht zufriedenstellend, da insoweit nur begrenzte Einstellmöglichkeiten bestehen.

809813/0 660

Der Brenner gemäß Fig. 2, der zwei Leitschaufelkränze 5 und aufweist, erzeugt zwei Strömungen 3 und 4 der Verbrennungsluft, die unabhängig voneinander eingestellt werden können. Jedoch ist die gleichzeitige Einstellung von zwei Leitschaufelsätzen und 6 zur Steuerung der Verbrennungsluftströme 3 und 4 sehr umständlich und unerwünscht, insbesondere beim Anfahren und Abstellen der Brenner, und zwar insbesondere dann, wenn eine vergleichsweise große Anzahl von Brennern installiert ist. Im allgemeinen werden automatische oder ferngesteuerte Brenner bei Kesseln verwendet, die neuerer Bauart sind. Bei einem Brenner mit zwei Leitschaufelkränzen und zwei Luftkanälen, wie er in Fig. 2 veranschaulicht ist, müssen zwei Antriebssätze für die Leitschaufeln und entsprechende Steuerverdrahtun— gen vorgenommen werden, so daß die Kosten erheblich ansteigen, der Brenner komplex in seiner Konstruktion wird und dementsprechend die Betriebssicherheit sinkt. Um dieses Problem zu lösen, kann für beide Leitschaufelkränze 5 und 6 eine gemeinsame Antriebs- oder Rinstellvorrichtung vorgesehen werden, jedoch wäre das Ergebnis, daß die beiden Leitschaufelkränze 5 und 6 nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können und demzufolge wiederum der Einstellbereich für die Flammenform begrenzt wird. Ein solcher gemeinsamer Antrieb der Leitschaufelsätze würde daher die mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gegenüber derjenigen gemäß Fig. 1 erzielbaren Vorteile wieder weitestgehend zunichte machen.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners veranschaulicht, der diese Probleme vermeidet. Der Brenner gemäß Fig. 3 ist im wesentlichen so wie derjenige gemäß Fig. 1 aufgebaut, so daß sich die nachfolgende Beschrei bung auf die Erläuterung der Unterschiede beschränken kann.

Der Luftkanal für die Verbrennungsluft 2 von den Leitschaufeln 5 zur Brenneröffnung 20 ist in einen äußeren und einen inneren Kanal durch eine Trennwand 22 und eine äußere Ablenk-

809813/Ό860

platte oder einen äußeren Ablenkring 8 unterteilt, und die unabhängig von den Leitschaufeln 5 antreib- oder einstellbaren Leitschaufeln 6 sind im inneren Kanal angeordnet, der durch die Leitschaufel stützplatte 21 und die Trennwand 22 gebildet ist.

Im Betrieb wird die von einem nicht näher dargestellten Gebläse kommende Verbrennungsluft 2 durch die Leitschaufeln in Wirbelbewegung versetzt, und ein Teil 3 der so verwirbelnden Verbrennungsluft strömt durch den Ringkanal zwischen dem Düsenring 7 und der äußeren Ablenkplatte oder dem äußeren Ablenkring 8 zur Öffnung PO. Wenn der restliche Teil 4 der Verbrennungsluft in den inneren Kanal zwischen der Stützplatte 21 und der Trennwand 22 fließt, so erfolgt eine Drallerteilung an den Leitschaufeln 6 und erfolgt die Weiterleitung der Luft zur Brenneröffnung 20 durch einen Ringkanal zwischen der äußeren Ablenkplatte oder dem äußeren Ablenkring 8 und dem Außen— rohr 14 für pulverisierte Kohle, welches in der oberen Hälfte von Fig. 3 rf^rgesteilt ist, sowie einer inneren Ablenkplatte (die in der unteren Hälfte von Fig. 3 dargestellt ist). An der Brenneröffnung 20 fließen die Ströme oder Teile 3 und 4 der Verbrennungsluft aus dem äußeren Kanal und aus dem inneren Kanal zusammen.

Flüssiger Brennstoff 11 wie Schweröl wird durch den Schverölbrenner 15 zugeführt; pulverisierte Kohle 12 wird von der Düsenöffnung des zugehörigen Brenners aus zugeführt, der aus dem Innenrohr 9 und dem Auflenrohr 14 besteht; gasförmiger Brennstoff 13 wird durch den lanzenförmigen Brenner 17 zugeführt. Diese Brennstoffe können entweder unabhängig voneinander oder in geeigneten Kombinationen verfeuert werden.

Wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist somit die Trennung der Verbrennungsluft stromab der Leitschaufeln 5 in äußeren und inneren Kanälen, wobei die Leitschaufeln 6 in einem dieser

909813/0860

Teilkanäle angeordnet sind. Somit können die Leitschaufeln 6, anders als in Fig. 3 dargestellt ist, auch im äußeren Teilkanal zur Beeinflussung des Teiles 3 der Verbrennungsluft angeordnet sein. Darüberhinaus kann der Weg der Verbrennungsluft stromab der Leitschaufeln 5 in mehr als zwei Kanälen aufgeteilt werden.

Bei einem erfindungsgemäßen Brenner kann das Strömungs- oder Strömungsgeschwindigkeitsprofil der Verbrennungsluft an der Öffnung 20 in weiten Grenzen geändert werden, so daß die Flammenform und die übrigen Verbrennungsbedingungen entsprechend dem Gehalt an Stickoxiden und unverbrannten Feststoffen in den Abgasen und den thermischen Strahlungseigenschaften der Flamme in weiten Grenzen geändert werden können.

In den Fig. 4a und 4b sind die Strömungsprofile veranschaulicht, wie sie im Schnitt X-X eines bekannten Brenners und eines erfindungsgemäßen Brenners erhalten werden, so daß ein unmittelbarer Vergleich möglich ist. Wie aus Fig. 4a für einen bekannten Brenner ersichtlich ist, kann das Strömungsprofil oder das Verteilungsprofil der axialen Geschwindigkeit der Luftteilströme nur in sehr engem Bereich geändert werden. Wenn der Durchtrittsquerschnitt an den Leitschaufeln 5 vergrößert wird, so nimmt der der Verbrennungsluft mitgeteilte Drall ab, so daß die Flamme dazu neigt, sich hochzustellen oder abzureißen. Wenn andererseits die Leitschaufeln 5 auf größere Öffnung gestellt werden, so wird die Tendenz der Flamme für ein Zurückschlagen vergrößert, so daß die Ausmauerung im Bereich der Brennermündung überhitzt werden kann und ein übermäßiger Temperaturanstieg in den Kühlwasserrohren in dem Bereich der Ausmauerung der Brenner erfolgen kann.

Bei einem erfindungsgemäßen Brenner hingegen kann das Strömungsprofil über einen weiten Bereich eingestellt werden, wie dies in Fig. 4b veranschaulicht ist, wozu die Öffnungsstellung der Leitschaufeln 6 geändert werden kann, während die Leitschaufeln

809813/0660

ebenso wie bei den bekannten Brennern bei 45° eingestellt sind· Beim erfindungsgemäßen Brenner ist es darüberhinaus nicht erforderlich, den Öffnungsgrad der Leitschaufeln 5 über einen weiten Bereich einstellbar zu halten, so daß sowohl ein Abheben der Flamme als auch ein Zurückschlagen der Flamme vermieden werden kann. Auf diese Weise kann durch unterschiedliche Einstellung des Strömungsprofiles eine stabile Verbrennung gewährleistet werden. Darüberhinaus genügt es beim Anfahren oder Abstellen des Brenners, die Leitschaufeln 5 entsprechend einzustellen, so daß die Einstellung der Leitschaufeln wesentlich vereinfacht ist und daher auch eine Automatikoder Fernsteuerung des Brenners vereinfacht ist.

809813/0060

Claims (3)

1. Ishikawajima-Harima 18 022 60/ko

   Jokogy Kabushiki Kaisha,
   Tokio, Japan

   Patentansprüche

   11.\ Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg der V_/ Verbrennungsluft von einem ersten Satz von einstellbaren Leitschaufeln (5) aus zur Brenneröffnung (?0) in einen äußeren (?) und einen inneren Strömungskanal (4) unterteilt ist, und daß ein zweiter Satz von einstellbaren Leitschaufeln (6), die unabhängig von den ersten Leitschaufeln (5) einstellbar sind, in einem der Teilkanäle (3 bzw. 4) angeordnet ist.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pulverisierte Kohle, gasförmiger und flüssiger Brennstoff unabhängig voneinander oder in einer geeigneten Kombination verfeuerbar sind.
3. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Satz der Leitschaufeln (6) automatisch oder ferngesteuert ist.

   809013/ΌΒ60