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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kohlenstaubbrenner
für einen Ofen wie etwa einen mit Kohle befeuerten Kessel,
der als Brennstoff Kohle verwendet.
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Technischer Hintergrund
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In
einem der Öfen, die als Brennstoff Kohle verwenden, wird
Rohkohle durch eine Kohlenstaubmühle zu Kohlenstaub gemahlen,
wobei der Kohlenstaub mit Primärluft gemischt und mit dieser
dem Kohlenstaubbrenner zugeführt wird, wobei der Kohlenstaub
in den Ofen für eine Suspensionsverbrennung eingeleitet
wird.
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Der
herkömmliche Kohlenstaubbrenner wird in Verbindung mit 1 beschrieben.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 einen Ofen; und 2 eine Wand
des Ofens 1.
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An
der Ofenwand 2 ist ein Trichter 3 installiert,
ferner ist auf einer dem Ofen 1 abgewandten Seite ein Windkasten 4 angeordnet.
In dem Windkasten 4 ist ein Kohlenstaubbrenner 5 koaxial
zu dem Trichter 3 angeordnet.
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Der
Kohlenstaubbrenner 5 umfasst einen Düsenkörper 6 und
eine Sekundärluft-Einstellvorrichtung 7, die ein
vorderes Ende des Düsenkörpers 6 umgibt.
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Der
Düsenkörper 6 umfasst eine Außenhülse 8,
eine Innenhülse 9, die zu der Hülse 8 koaxial
ist, und einen Ölbrenner 11, der längs
einer Achse der Hülse 9 angeordnet ist.
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Die
Außenhülse 8 umfasst (an einem Ende entfernt
von dem Ofen 1) eine Basis 8a, einen Zwischenabschnitt 8b,
der an die Basis 8a angrenzt, und ein vorderes Ende 8c,
das an den Zwischenabschnitt 8b angrenzt. Die Basis 8a ist
ein Zylinder mit konstantem Querschnittsradius; der Zwischenabschnitt 8b und
das vordere Ende 8c sind konisch zulaufende Zylinder, deren
Querschnittsradien sich jeweils in Richtung zum Ofen 1 verringern.
Das vordere Ende 8c besitzt einen Konuswinkel, der größer
als jener des Zwischenabschnitts 8b ist, weshalb sein Radien stärker
als jene des Zwischenabschnitts 8b abnehmen.
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Die
Innenhülse 9 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 9a und
ein vorderes Ende 9c, das an den zylindrischen Abschnitt 9a angrenzt.
Der zylindrische Abschnitt 9a ist ein Zylinder mit einem
konstanten Querschnittsradius, der sich benachbart zu einer Vorderseite
des Außenhülsen-Zwischenabschnitts 8b erstreckt,
wobei das vordere Ende 9c unter einem Konuswinkel ähnlich
jenem des vorderen Endes 8c der Außenhülse 8 konisch
verjüngt ist. Zwischen den Hülsen 8 und 9 ist
ein hohler zylindrischer Brennstoffströmungsraum 10 mit
einem zum Ofen 1 offenen Ende ausgebildet.
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Die
Basis (das von dem Ofen 1 entfernte Ende) der Außenhülse 8 steht
mit einem Primärluft-Zufuhrrohr 12 in Verbindung,
durch das Primärluft 14, das den Kohlenstaub trägt,
um letztlich als Verbrennungsluft zu dienen, sowie der durch die
Luft 14 getragene Kohlenstaub tangential in den Raum 10 strömen
und verwirbeln und durch das vordere Ende des Raums eingeleitet
werden. Ein Tertiärluft-Zufuhrrohr 13 besitzt
ein in die Basis der Innenhülse 9 offenes Ende
und ein weiteres Ende, das zu dem Windkasten 4 offen ist,
so dass Verbrennungsluft, die dem Windkasten 4 zugeführt
wird, angesaugt wird und zur Innenhülse 9 als
Hilfsverbrennungsluft, d. h. als Tertiärverbrennungsluft,
geführt wird.
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Die
Sekundärluft-Einstellvorrichtung 7 umfasst einen
Hilfsluft-Einstellmechanismus 15, der das vordere Ende
des Düsenkörpers 6 aufnimmt, und einen
Hauptluft-Einstellmechanismus 16, der koaxial zu dem Mechanismus 15 und
außerhalb desselben angeordnet ist.
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Der
Hilfsluft-Einstellmechanismus 15 umfasst einen ersten Luftführungs-Rohrstutzen 18 mit einem
Durchmesser, der zum vorderen Ende des Rohrstutzens abnimmt, und
Luftvolumen-Einstellklappen 19, die in Umfangsrichtung
in gleichem Abstand in einer Basis des Rohrstutzens 18 angeordnet sind,
wobei die Klappen 19 um Drehachsen 21 synchron
drehbar sind.
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Der
Hauptluft-Einstellmechanismus 16 umfasst einen zweiten
Luftführungs-Rohrstutzen 22, dessen Durchmesser
zu seinem vorderen Ende abnimmt, und Luftvolumen-Einstellklappen 23,
die in Umfangsrichtung in gleichem Abstand in einer Basis des Rohrstutzens 22 angeordnet
sind, wobei die Klappen 23 um Drehachsen 24 synchron
drehbar sind.
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Das
vordere Ende des zweiten Luftführungs-Rohrstutzens 22 grenzt
an den Trichter 3 an. Das vordere Ende des ersten Luftführungs-Rohrstutzens 18 ist
von einer Innenwandoberfläche der Ofenwand 2 zurückgesetzt.
Die vorderen Enden der Hülsen 8 und 9 sind
von dem vorderen Ende des Führungs-Rohrstutzens 18 noch
weiter zurückgesetzt.
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Nun
wird die Verbrennung in dem oben erwähnten Kohlenstaubbrenner
kurz beschrieben. Der Kohlenstaub wird zusammen mit der Primärluft 14 durch
das Primärluft-Zufuhrrohr 12 der Basis des Brennstoffströmungsraums 10 zugeführt.
Die Primärluft 14 wird im Raum 10 zu
dem Ofen 1 verwirbelt, wobei ihre Strömung während
ihres Durchgangs durch den Raum 10 verringert wird, woraufhin
sie durch das vordere Ende der Außenhülse 8 eingeleitet wird.
Dem Windkasten 4 wird die als Hilfsverbrennungsluft dienende
Sekundärluft 26 zugeführt, deren Luftvolumen
durch die Klappen 23 eingestellt wird, zugeführt
und die zusammen mit der Primärluft 14 und dem
Brennstoff durch den zweiten Luftführungs-Rohrstutzen 22 in
den Ofen 1 eingeleitet wird.
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Ein
Teil der Sekundärluft 26, die in den zweiten Luftführungs-Rohrstutzen 22 gesaugt
wird, wird über die Luftvolumen-Einstellklappen 19 in
den ersten Luftführungs-Rohrstutzen 18 gesaugt
und als Sekundärhilfsluft eingeleitet. Luftvolumeneinstellungen durch
die Klappen 23 und 19 verändern den Zufuhrströmungszustand
der Sekundärluft, um den Verbrennungszustand des Brennstoffs
einzustellen.
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Ein
Teil der Sekundärluft 26 wird als Tertiärluft 27 über
das Tertiärluft-Zufuhrrohr 13 in die Innenhülse 9 geführt
und von dieser eingeleitet. Die Einleitung von Tertiärluft 27 stellt
den Verbrennungszustand des Brennstoffs ein.
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Daher
wird durch Einstellen beispielsweise der Sekundärluft und
der Tertiärluft der Verbrennungszustand des Brennstoffs
optimal eingestellt.
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Der Ölbrenner 11 wird
zum Zünden des Kohlenstaubs verwendet.
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In
dem oben erwähnten herkömmlichen Kohlenstaubbrenner
nehmen die Durchmesser der vorderen Enden 8c und 9c der
Außenhülse bzw. der Innenhülse in Richtung
zu ihren Vorderseiten stark ab, so dass die Strömungen
der Primärluft 14, die durch den Brennstoffströmungsraum 10 strömt,
und der Tertiärluft 27, die durch die Innenhülse 9 strömt,
abnehmen und eingeleitet werden. Folglich wird die Primärluft 14,
die den Kohlenstaub transportiert (im Folgenden werden Kohlenstaub
und Primärluft 14 in Kombination als Primärluft 14 bezeichnet),
durch die vorderen Enden der Außenhülse 8 und
den ersten Luftführungs-Rohrstutzen 18 eingeleitet,
während sie expandieren. Die Primärluft 14 wird
verwirbelt, während ihre Strömung verringert wird,
wobei sie aufgrund der Zentrifugalkraft wegen des Verwirbelns weiter
expandiert. Somit wird der Kohlenstaub in der Primärluft 14 während
der Expansion verbrannt.
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Im
Ergebnis kann eine Schlackenbildung auftreten, die ein Phänomen
ist, gemäß dem Schlacke als Verbrennungsrest des
Kohlenstaubs auf der Ofenwand 2 auftrifft, um sich dort
abzulagern. Die Schlackenbildung kann die Wärmeübertragung
der Ofenwand 2 nachteilig beeinflussen und eine Wärmeansammlung
an der Ofenwand 2 hervorrufen, was eine Zunahme der Temperatur
der Ofenwand 2 und daher des Ofens 1 zur Folge
hat. Der Temperaturanstieg der Ofenwand 2 und des Ofens 1 kann
ein Schmelzen der Schlacke hervorrufen, so dass nachteilig einerseits
die Schlackenbildung leichter auftreten kann und andererseits NOx leichter erzeugt werden kann.
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Um
in den letzten Jahren die Verbrennungskapazität eines Kohlenstaubbrenners
zu erhöhen, d. h. um mehr Kohlenstaub verbrennen zu können,
hat die Größe der Kohlenstaubbrenner zugenommen. Um
die erhöhte Verbrennungskapazität des Kohlenstaubbrenners
zu beherrschen, ist die Düse größer bemessen
worden; ihre axiale Länge bleibt jedoch aufgrund von Installationsbeschränkungen
begrenzt.
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Im
Ergebnis hat die Düse im Vergleich zu ihrer axialen Länge
einen größeren Durchmesser; der Kohlenstaubbrenner
hat relativ zum Durchmesser eine geringe axiale Länge.
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Aufgrund
der geringen axialen Länge hat der Kohlenstaubbrenner eine
geringere Richtwirkung, so dass die in den Brennstoffströmungsraum 10 strömende
Primärluft 14 von dem Düsenkörper 6 in
stark verwirbeltem Zustand eingeleitet wird. Daher expandiert der
Kohlenstaub in der Primärluft 14 aufgrund der
Zentrifugalkraft oder prallt auf, so dass die Schlackenbildung sehr
leicht auftreten kann.
- [Patentschrift 1] JP 8-145320A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Probleme
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Die
Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme gemacht, wobei es
ihre Aufgabe ist, das Auftreten einer Schlackenbildung in einem
Kohlenstaubbrenner zu verhindern.
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Lösung der Probleme
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Die
Erfindung ist auf einen Kohlenstaubbrenner gerichtet, der einen
in einen Ofen mündenden Düsenkörper besitzt,
durch den Kohlenstaub zusammen mit Verbrennungsluft eingeleitet
wird, wobei der Düsenkörper eine Außenhülse
und eine in der Außenhülse koaxial angeordnete
Innenhülse aufweist, wobei zwischen der Außenhülse
und der Innenhülse ein Brennstoffströmungsraum
ausgebildet ist, Richtplatten an der Außenhülse
und/oder an der Innenhülse vorgesehen sind, die Richtplatten
in den Brennstoffströmungsweg vorstehen und sich im Düsenkörper
axial erstrecken und die Verbrennungsluft, die den Kohlenstaub transportiert,
durch den Brennstoffströmungsraum strömt und eingeleitet
wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der
Erfindung
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Gemäß der
Erfindung umfasst ein in einen Ofen mündender Düsenkörper
für die Einleitung von Kohlenstaub zusammen mit Verbrennungsluft
eine Außenhülse und eine Innenhülse,
die in der Außenhülse und koaxial hierzu angeordnet
ist. Ein Brennstoffströmungsweg ist zwischen den Hülsen
ausgebildet. Richtplatten sind in der Außenhülse
und/oder in der Innenhülse angeordnet und stehen in den Brennstoffströmungsraum
vor und erstrecken sich längs einer Achse des Düsenkörpers,
so dass sich die Verbrennungsluft, die den Kohlenstaub transportiert,
durch den Brennstoffströmungsraum bewegt und eingeleitet
wird. Wenn die Primärluft, die den Kohlenstaub transportiert,
um schließlich als Verbrennungsluft zu dienen, und der
Kohlenstaub durch den Brennstoffströmungsraum strömen,
wird durch die Richtplatten eine Verwirbelung abgeschwächt, wobei
verhindert wird, dass der Kohlenstaub, der durch den Düsenkörper
eingeleitet wird, expandiert und aufprallt, so dass das Auftreten
der Schlackenbildung verhindert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht, die einen herkömmlichen Kohlenstaubbrenner
zeigt; und
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2 ist
eine Schnittansicht, die einen Kohlenstaubbrenner gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Eine
Ausführungsform der Erfindung wird in Verbindung mit den
Zeichnungen beschrieben.
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2 zeigt
einen Kohlenstoffbrenner gemäß der Erfindung.
In 2 sind Teile, die jenen ähnlich sind,
die in 1 gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet, ferner wird ihre Erläuterung weggelassen.
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Ein
Kohlenstaubbrenner 5 umfasst einen Düsenkörper 6 und
eine Sekundärluft-Einstellvorrichtung 7. Der Brenner 5 ist
koaxial zu einem Trichter 3 angeordnet, der in die Ofenwand 2 mündet.
Der Brenner 5 ist in einem Windkasten 4 angeordnet.
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Der
Düsenkörper 6 umfasst eine Außenhülse 8 und
eine Innenhülse 9, die zu der Außenhülse 8 koaxial
ist. Zwischen den Hülsen 8 und 9 ist
ein hohler, zylindrischer Brennstoffströmungsraum 10 ausgebildet.
Der Düsenkörper 6 besitzt bezogen auf
seine axiale Länge einen größeren Durchmesser
(siehe beispielsweise das herkömmliche Beispiel, das in 1 gezeigt
ist).
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2 zeigt
ein Beispiel des Düsenkörpers 6 mit größerem
Durchmesser. Das heißt, dass die Außenhülse 8 im
Vergleich zu der Innenhülse 9 einen größeren
Durchmesser besitzt, wodurch tatsächlich die Querschnittsfläche
des Strömungskanals in dem Brennstoffströmungsraum 10 erhöht
ist.
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An
einer inneren Oberfläche der Außenhülse 8 sind
Richtplatten 29 ausgebildet, die in den Brennstoffströmungsraum 10 vorstehen.
Die Platten 29 sind parallel zur Achse der Außenhülse 8 so
angeordnet, dass sie radial vorstehen und sich in der Hülse 8 axial
erstrecken. Die Platten 29 sind in Umfangsrichtung in gleichem
Abstand positioniert. Beispielsweise befinden sich drei Platten 29 an
drei Positionen, die den Umfang in gleiche Abstände unterteilen.
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Der
Windkasten 4 wird mit Sekundärluft 26 von
einem (nicht gezeigten) Lüfter mit erzwungenem Sog versorgt.
Die Sekundärluft 26 wird von dem Trichter 3 über
die Sekundärluft-Einstellvorrichtung 7 eingeleitet.
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Aus
dem Windkasten 4 erstreckt sich eine Basis des Düsenkörpers 6,
ferner steht eine Außenrohrbasis 8a mit einem
Primärluft-Zufuhrrohr 12 in Verbindung, während
ein Ende der Innenhülse 9 mit einem Tertiärluft-Zufuhrrohr 13 in
Verbindung steht. Das Primärluft-Zufuhrrohr 12 ist über
eine (nicht gezeigte) Kohlenstaubmühle mit einem (nicht
gezeigten) Lüfter mit erzwungenem Sog verbunden. Die Primärluft 14,
die den Kohlenstaub transportiert, wird durch das Zufuhrrohr 12 in
den Brennstoffströmungsraum 10 eingeleitet. Das
Tertiärluft-Zufuhrrohr 13 saugt einen Teil der
Sekundärluft 26 an und führt ihn der
Innenhülse 9 zu.
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Die
Primärluft 14, die dem Brennstoffströmungsraum 10 zugeführt
wird, verwirbelt um die Innenhülse 9 und strömt
vorwärts. Die Richtplatten 29, die in dem Brennstoffströmungsraum 10 angeordnet sind,
verhindern ein Verwirbeln in dem Raum 10 und bewirken eine
Ausrichtung in axialer Richtung.
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Die
Abschwächung der Verwirbelung der Primärluft 14 verhindert
das Verwirbeln des durch die Primärluft 14 transportierten
Kohlenstaubs. Daher werden eine Expansion der Primärluft 14 und
eine Verteilung des Kohlenstaubs, der durch die Außenhülse 8 eingeleitet
wird, abgeschwächt, wodurch das Auftreten einer Schlackenbildung
abgeschwächt wird.
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Es
können beliebige Richtplatten 29 verwendet werden,
sofern sie die richtige Funktion zur Abschwächung der Verwirbelung
der Primärluft 14 haben. Die Platten 29 können
Innenkanten besitzen, die mit der Innenhülse 9 im
Wesentlichen in Kontakt sind; alternativ können die Innenkanten
von der Innenhülse 9 um einen erforderlichen Abstand
beabstandet sein, damit sie die Verwirbelung an der Mittelposition nicht
schwächen. Darüber hinaus können die
Platten 29 perforiert sein, um eine erforderliche Verwirbelung zuzulassen.
Die axiale Länge und die Anzahl der Platten 29 werden
geeignet gewählt, um eine optimale Verbrennung zu erhalten.
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Alternativ
können die Platten 29 an der Innenhülse 9 angeordnet
sein; alternativ können sie abwechselnd an der Innenhülse 9 und
an der Außenhülse 8 angeordnet sein.
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- 1
- Ofen
- 2
- Ofenwand
- 3
- Trichter
- 4
- Windkasten
- 6
- Düsenkörper
- 14
- Primärluft
(Verbrennungsluft)
- 18
- erster
Luftführungs-Rohrstutzen
- 22
- zweiter
Luftführungs-Rohrstutzen
- 26
- Sekundärluft
- 27
- Tertiärluft
- 29
- Richtplatten
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Zusammenfassung
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In
einem Kohlenstaubbrenner wird das Auftreten einer Schlackenbildung
verhindert.
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Ein
Düsenkörper 6, der in einen Ofen 1 mündet
und Kohlenstaub zusammen mit Primärluft 14, die
die Kohle transportiert, um schließlich als Verbrennungsluft
zu dienen, einleitet, besitzt eine Außenhülse 8 und
eine Innenhülse 9, die in der Hülse 8 koaxial
hierzu angeordnet ist. Zwischen den Hülsen 8 und 9 ist
ein Brennstoffströmungsraum 10 ausgebildet. An
der Hülse 8 und/oder an der Hülse 9 sind Richtplatten 29 angeordnet,
die in den Raum 10 vorstehen, wobei sie sich im Düsenkörper
axial erstrecken. Die Verbrennungsluft (Primärluft 14),
die den Kohlenstaub trägt, bewegt sich durch den Raum 10 und
wird eingeleitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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