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EP0114062A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulverisierter Form - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulverisierter Form Download PDF

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Publication number
EP0114062A2
EP0114062A2 EP84100243A EP84100243A EP0114062A2 EP 0114062 A2 EP0114062 A2 EP 0114062A2 EP 84100243 A EP84100243 A EP 84100243A EP 84100243 A EP84100243 A EP 84100243A EP 0114062 A2 EP0114062 A2 EP 0114062A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
inlet opening
air
inlet
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP84100243A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0114062A3 (de
Inventor
Kurt Dipl.-Ing. Skoog
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STUBINEN UTVECKLING AB
Original Assignee
STUBINEN UTVECKLING AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19833309906 external-priority patent/DE3309906A1/de
Priority claimed from DE19833309905 external-priority patent/DE3309905C2/de
Application filed by STUBINEN UTVECKLING AB filed Critical STUBINEN UTVECKLING AB
Publication of EP0114062A2 publication Critical patent/EP0114062A2/de
Publication of EP0114062A3 publication Critical patent/EP0114062A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/005—Burners for combustion of pulverulent fuel burning a mixture of pulverulent fuel delivered as a slurry, i.e. comprising a carrying liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00016—Preventing or reducing deposit build-up on burner parts, e.g. from carbon

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for burning solid fuels, in particular coal, peat or the like, in powdered form, which are introduced into a combustion chamber with the formation of a recirculating flow profile, this flow profile being limited by a rotating external air flow.
  • the outer air flow is blown into the combustion chamber via an air inlet concentrically surrounding the fuel inlet, the air inlet comprising swirl elements which set the air flow in rotation.
  • the aim of the present invention is in particular to obtain the most complete and emission-free combustion of the solid fuels mentioned when they are injected into the combustion chamber mixed with a carrier liquid such as water and / or oil or the like to form an emulsion.
  • a carrier liquid such as water and / or oil or the like
  • Such a fuel emulsion is usually injected into the combustion chamber through a nozzle-like opening, with training of a full cone which opens only insignificantly, with the result that the combustion takes place in a relatively long flash and is correspondingly incomplete due to the relatively small free fuel surface resulting therefrom.
  • very long combustion chambers or combustion chambers are required.
  • the device comprises a central coal dust line through which coal is pneumatically (with air) brought into the ignition zone of the device.
  • a hollow conical diffuser is arranged at the outlet end of the coal dust line, through which the emerging coal dust receives a hollow cone-like flow profile.
  • the coal dust line is arranged within a secondary air line and extends co-axially to the latter in such a way that a secondary air ring channel is formed.
  • the secondary air line is provided in the area of the coal dust diffuser with a diverging mouth section, which represents the outer boundary of the combustion chamber.
  • Swirl elements are arranged in the secondary air line, which impart a rotation about the central axis of the device to the secondary air flow.
  • the external secondary air flow causes a recirculation of hot combustion gases and unburned fuel particles, i.e. backflow of the same back to fuel entry. This gives you a more stable flame.
  • the present invention is therefore based on the object of modifying the known method or the known device so that in all conceivable operating states (ignition, part load, full load) a highly stable flame is obtained which at the same time ensures maximum combustion in the shortest possible way, i.e. in extremely short combustion chambers.
  • the recirculated rest of unburned fuel particles are burned at the same time. Both effects lead to increased flame stability and shortening of the flame and to a higher degree of combustion.
  • the flame mantle is approximately apple-shaped.
  • the flow velocities of the partial flows mentioned preferably decrease from the inside to the outside.
  • the primary part of the radially inner partial flow or the flow closest to the fuel inlet has the task of breaking open the fuel cone in order to enlarge the free fuel surface.
  • the partial flows lying somewhat further radially primarily have the task of limiting the fuel flow profile or the flame and causing them to rotate, so that immediately behind the fuel inlet there is a sufficiently high negative pressure which makes the mentioned recirculation of a part hotter Combustion gases and small residues of unburned fuel particles.
  • the partial flows lying somewhat further radially have the task of building up a negative pressure in the area of the end wall of the combustion chamber that includes the fuel inlet, which results in a spontaneous fanning out of the fuel emulsion injected into the combustion chamber and thus an additional shortening of the flame.
  • the shape of the fuel flow profile or the flame is determined by the equilibrium of the centrifugal forces acting on the fuel emulsion or flame and external and central “negative pressure” forces.
  • the formation of an external negative pressure can be additionally increased by the measure according to claim 5.
  • the recirculation of a part of hot combustion gases which is sought according to the invention has the additional great advantage that part of the dissociated water and thus released oxygen flow back centrally to the fuel inlet, whereby the combustion additionally from the inside of the hollow fuel spray cone is initiated.
  • the importance of the invention becomes apparent when one considers how long the burning time of e.g. Coal compared to the burning time of oil or wood.
  • the particle path must be correspondingly long in order to obtain a relatively complete combustion. This usually results in the long combustion chambers mentioned at the beginning.
  • the required long particle path is achieved by spontaneously fanning out the hollow fuel spray cone, conveying the fuel particles along a helical flow path and partially recirculating back to the fuel inlet immediately at all load levels over the shortest distance in the direction of the central axis of the fuel inlet or Combustion chamber reached.
  • pure oil is first introduced through the inlet opening is injected, which is then increasingly mixed with pulverized solid fuels, such as pulverized coal, and optionally water.
  • pulverized solid fuels such as pulverized coal
  • the oil can then be completely replaced by water. This also depends in part on the consistency of the coal to be burned or the like.
  • the oil injection at the start facilitates the ignition.
  • the reverse is true when the combustion is switched off.
  • the powdered fuel is increasingly removed until finally only oil remains as fuel. This avoids clumping or clogging of the fuel inlet opening or ring nozzle when switching off.
  • the solid fuel used is primarily coal, for example hard coal, bituminous coal, gas-rich coal or a mixture thereof.
  • Figure 1 shows that the burning time of coal particles is significantly longer than the burning time of wood particles or oil droplets, the burning time characteristics of coal, wood and oil depending on the particle size or droplet size and thus depending on the free surface per unit volume is always the same.
  • the combustion chambers of conventional coal burners are built to be very long in order to be able to absorb the long flame.
  • the measures according to the invention allow complete combustion of pulverized coal even over the shortest distance, i.e. with an extremely short overall length of the combustion chamber.
  • the coal burner shown in schematic longitudinal section in FIG. 2 has an annular nozzle mouthpiece 38 with an approximately annular inlet opening 10 opening into the combustion chamber 22, the gap width of which can be varied by changing the relative position of the side walls 46, 48 delimiting the annular inlet opening 10.
  • the side walls 46, 48 are conical in the illustrated embodiment, so that the fuel emulsion exits the annular inlet Opening 10 receives a hollow cone-like flow profile, which experiences a strong fanning out or widening to a bell-like or apple-like profile in the further course.
  • the nozzle mouthpiece 38 is concentrically surrounded by a first gas channel 50 (see FIG. 3), the inlet opening 12 of which opens into the combustion chamber 22 is adjacent to the inlet opening 10 for the fuel emulsion.
  • a so-called "primary primary air” flows through the gas channel 50, which can be enriched with combustion gases of higher temperature, the gas emerging from the opening 12 having a flow velocity of 100 to 200 m / s, preferably approximately 130 m / s.
  • the side walls 46 'and 48' delimiting the opening 12 are also conical in shape, similar to the side walls 46, 48 delimiting the annular inlet opening 10 for the fuel emulsion.
  • the gas channel 50 is surrounded concentrically by a further gas channel 52 (see FIG. 3), the annular inlet opening 14 opening into the combustion chamber 22 is likewise delimited by conical side walls 46 "and 48" (see FIG. 3).
  • the side walls 46 ", 48" are directed such that they impart a cone-like flow profile to the gas flow emerging from the ring opening 14, which constricts the cone-like flow profile of the fuel emulsion emerging from the ring opening 10 or gas flow emerging from the ring opening 12.
  • secondary primary air Before the so-called “secondary primary air” flowing through the gas channel 52 emerges, it is also deflected by guide vanes 26 arranged in the area of the ring opening 14, specifically by about 40 to 45 ° to the longitudinal axis 40 of the nozzle mouthpiece 38, that is to say in rotation about the longitudinal axis 40.
  • the exit velocity of the "secondary primary air” is approximately 120 to 180 m per second, preferably 140 m per second.
  • the annular gap width of the opening 14 can in turn be changed by changing the relative position of the side walls 46 ′′, 48 ′′ delimiting it.
  • the exit velocity of the "secondary primary air” is of course variable in a corresponding manner.
  • the "secondary primary air” is also blown into the annular duct 52 at a pressure of approximately 1000 to 1200 mm water column.
  • the “secondary primary air” is deflected by the guide vanes or guide plates 26 in the same direction as the “primary primary air” is deflected by the guide vanes or guide plates 24 arranged in the region of the opening 12.
  • the "secondary primary air” is preferably not enriched with hot combustion gases, since it serves less as a carrier medium for the fuel emulsion injected into the combustion chamber 22 than rather to enlarge the free surface thereof and to enrich or supply the fuel particles with oxygen.
  • the nozzle mouthpiece 38, the ring channel 50 directly surrounding it and that of the "secondary primary air" Component 54 ′ through which annular channel 52 flows can be inserted as a whole into the end wall 42 of the combustion chamber 22 or into the gas register 54, 56, 58 to be described (see FIG. 3) and thus also easily by a corresponding, somewhat modified component interchangeable.
  • the gas channel 52 for the “secondary primary air” is in turn surrounded by a concentric gas channel 54, this is surrounded by a further gas channel 56 and, finally, by a gas channel 58.
  • the corresponding ring openings opening into the combustion chamber 22 are identified in FIGS. 2 and 3 with the reference numbers 16, 18 and 20.
  • the ring channels 54, 56, 58 are flowed through selectively, preferably by air, the injection being carried out under a pressure of about 200 to 300 mm water column.
  • the guide vanes or guide plates 28 deflect the gas flow by approximately 70 °.
  • the guide blades or guide plates 30 and 32 deflect the gas flow by approximately 40 to 50 ° and 0 to 40 °. All of the guide vanes or guide plates, in particular the outermost guide vanes or guide plates 32, can be changed with regard to their angular position and can therefore be adapted to the fuel to be burned.
  • the flow velocity of the air emerging from the ring opening 16 is approximately 40 m per second at the start of combustion, and approximately 70 m per second at full load.
  • the flow rate from the ring openings 18 and 20 escaping air varies between 0 m per second at the start of combustion to 70 m per second at full load.
  • the ring mouthpiece 78 is connected to the tube jacket 80 separating the two primary air channels 50, 52, so that the axial displacement of the ring mouthpiece 78 takes place by corresponding action on the tubular jacket 80.
  • the ring mouthpiece 78 is shifted to the right in FIG. 3, so that the gap widths of the ring openings or gaps 12 and 14 and thus the amount of primary air escaping are a minimum
  • the ring mouthpiece is shifted to the left in Figure 3, so that the ring openings or gaps 12 and 14 max are always open.
  • the outlet quantity of the "primary" and "secondary" primary air is correspondingly maximum.
  • the gas flow causing the emulsion or individual gas flows becomes a negative pressure of approximately 400 to 500 mm water column in relation to the atmospheric pressure in the area of the longitudinal axis 40 directly behind the inlet opening 10 for the fuel emulsion and a negative pressure in the area of the front-side gas register 16, 18, 20 of about 40 to 50 mm water column in relation to atmospheric pressure.
  • the vacuum regions mentioned are identified in FIG. 2 by the reference numbers 60 and 62.
  • a recirculation 64 of a portion of hot combustion gases and a remainder of unburned fuel particles to the inlet opening 10 is triggered.
  • the recirculation 64 takes place over the entire circumference of the bell-shaped or apple-shaped flow profile 66 (flame part).
  • the centrally recirculating combustion gases which are around 1500 to 1700 ° C., are deflected at the central end face within the ring opening 10 and are carried back into the combustion chamber 22 by the injected fuel emulsion.
  • the hot combustion gases cause the same to ignite immediately after the relatively cold fuel emulsion emerges, so that the combustion process is started relatively close behind the fuel inlet 10.
  • the outer flow profile 66 (flame jacket) is determined by the equilibrium between the centrifugal forces caused by the rotation 68 as well as the forces caused by the negative pressure prevailing outside the flow profile 66 in the area 62 of the end wall 42 and by the central negative pressure in the area 60 within the Flow profile 66 caused opposing forces on the other hand.
  • the ring opening 16 is set so that the speed of the exiting air is about 40 m per second.
  • the ring mouth Piece 78 is - as explained - shifted towards the combustion chamber 22 so that the annular gaps between the side walls 46 ', 48' and 46 ", 48" are reduced, whereby the amount of discharge of the "primary" and "secondary” primary air at something increased exit speed is reduced. Due to the somewhat increased exit velocity, in particular of the “secondary primary air” from the ring opening 14, a high break-open effect is obtained.
  • the primary air is divided at the start such that approximately 60 to 70%, preferably 90%, of the same flow out of the ring opening 12 closest to the fuel inlet 10 and only about 30 to 40%, preferably 10%, of the same from the second next ring opening 14.
  • the central end face within the ring opening 10 is provided with a circumferential or ring-shaped deflection channel 44 to support the recirculation and admixture of the hot combustion gases to the injected fuel emulsion.
  • the central end face within the ring opening 10 can be coated with a heat-resistant material, for example ceramic.
  • the entire inner cone 70 of the nozzle mouthpiece 38 preferably consists of heat-resistant material, for example ceramic, in the region of the annular inlet opening 10.
  • the coal burner shown in schematic longitudinal section in FIG. 4, modified from the embodiment according to FIGS. 2 and 3, has an annular nozzle mouthpiece 38 with an approximately annular inlet opening 10 opening into the combustion chamber 22, the gap width of which by changing the relative position of the annular inlet opening 10 delimiting side walls 46, 48 can be varied.
  • the side walls 46, 48 are also conical in the illustrated embodiment, so that the fuel emulsion receives a hollow cone-like flow profile when exiting from the annular inlet opening 10, which experiences a strong fanning out or widening to a bell-like or apple-like profile in the further course.
  • the nozzle mouthpiece 38 is concentrically surrounded by a first gas channel 50, the inlet opening 12 'of which opens into the combustion chamber 22 so that the corresponding gas flow (“primary primary air”) flows in an inlet opening 10 perpendicular to the axis 40 of the inlet chamber 10 for the fuel emulsion extending plane is initiated.
  • primary primary air a gas flow introduced into the combustion chamber 22 through the inlet opening 12 ′ is identified by the flow arrow 84, the fuel flow profile 36 experiencing a local constriction or indentation 36 ′ through this flow.
  • a so-called “primary primary air” flows through the gas channel 50, which can be enriched with combustion gases of higher temperature.
  • the gas (air) emerging from the opening 12 ' has a flow velocity of approximately 100 to 200 m / sec, preferably approximately 130 m / sec.
  • the inlet opening 12 'for the "primary primary air” comprises several, e.g. twelve inlet openings 47 arranged evenly distributed over the circumference, which are each directed at the same angle ⁇ to the radial.
  • the angle ⁇ is approximately 10 to 25 °, preferably 15 °.
  • the "primary primary air” introduced into the combustion chamber 22 is impressed with a rotation about the longitudinal axis 40, which is then transferred to the fuel emulsion injected into the combustion chamber 22.
  • the "primary primary air” is usually blown into the gas channel 50 at a pressure of about 1000 to 1200 mm water column. When burning somewhat tougher fuel emulsions, this pressure is preferably about 2000 to 4000 mm water column.
  • the gas channel 50 is surrounded concentrically by a further gas channel 52 (see FIGS. 2 and 3), the annular inlet opening 14 opening into the combustion chamber 22 is delimited by conical side walls 46 ′′ and 48 ′′.
  • the side walls 46 ", 48" are directed in such a way that they impart a cone-like flow profile to the gas flow emerging from the ring opening 14, which attempts to penetrate the hollow cone-like flow profile 36 of the fuel emulsion emerging from the ring opening 10 and opening in the direction of the combustion chamber 22.
  • the so-called “secondary primary air” flowing through the gas channel 52 emerges, it is deflected by guide vanes 26 arranged in the area of the ring opening 14, specifically by about 40 to 45 ° to the longitudinal axis 40 of the nozzle mouthpiece 38, that is to say in rotation about the longitudinal axis 40.
  • the exit velocity of the "secondary primary air” is approximately 120 to 180 m / sec, preferably 140 m / sec.
  • the annular gap width of the opening 14 can be changed by changing the relative position of the side walls 46 ′′, 48 ′′ delimiting it. In a corresponding manner, the amount of discharge (capacity) of the "secondary primary air” is of course variable, with the gas discharge velocity remaining approximately the same.
  • the "secondary primary air” is also blown into the annular duct 52 at a pressure of approximately 1000 to 1200 mm water column. With somewhat tougher fuel emulsions, this pressure can be higher, e.g. also about 2000 to 4000 mm water column.
  • the "secondary primary air” is deflected by the guide vanes or guide plates 26 in the same direction as the “primary primary air” is deflected by the openings 47 of the primary air inlet 12 ′ inclined to the radial.
  • the "secondary primary air” is preferably not enriched with hot combustion gases, since it serves less as a carrier medium for the fuel emulsion injected into the combustion chamber 22 than rather to increase the free or effective surface area thereof and to enrich or supply the fuel particles with oxygen.
  • the component 54 comprising the nozzle mouthpiece 38, the ring channel 50 directly surrounding it and the ring channel 52 through which the "secondary primary air” flows is as a whole in the end wall 42 of the combustion chamber 22 or in the gas register 54, 56 to be described below 58 (see FIG. 2) can be used and can therefore also be easily replaced by a corresponding, somewhat modified component.
  • the gas channel 52 for the “secondary primary air” is in turn surrounded by a concentric gas channel 54, this by another gas channel 56 and finally by a gas channel 58 each concentrically.
  • the corresponding ring openings opening into the combustion chamber 22 are identified in FIG. 2 by the reference numbers 16, 18 and 20.
  • the ring channels 54, 56, 58 are flowed through selectively, preferably by air, the blowing in taking place under a pressure of about 200 to 300 mm water column.
  • air Before the air exits the annular gas or air inlet openings 16, 18, 20, it is deflected by guide vanes or guide plates 28, 30, 32 arranged in the region of the openings 16, 18, 20 and thus about the longitudinal axis 40 in Rotation offset, in the same direction as the "primary primary air” or "secondary primary air".
  • the guide vanes or guide plates 28 deflect the gas flow by approximately 70 °.
  • the guide blades or guide plates 30 and 32 deflect the gas flow by approximately 40 to 50 ° and 0 to 40 °. All of the guide vanes or guide plates, in particular the outermost guide vanes or guide plates 32, can be changed with regard to their angular position and can therefore be adapted to the fuel to be burned.
  • the flow velocity of the air emerging from the ring opening 16 is approximately 40 m / sec at the start of the combustion and approximately 70 m / sec at full load.
  • the flow velocity of the air emerging from the ring openings 18 and 20 varies between 0 m / sec at the start of the combustion and 70 m / sec at full load.
  • ring mouthpiece 78 is connected to the tubular jacket 80 which separates the two primary air channels 50, 52, so that the axial displacement of the ring mouthpiece 78 in the direction of the double arrow 82 takes place by corresponding action on the tubular jacket 80.
  • the ring mouthpiece 78 comprises the radially inner side wall 46 "of the ring opening 14 for the exit of the" secondary primary air "and primary air inlet openings 45, which have a free cross section which is approximately elliptical, extending in a plane approximately perpendicular to the longitudinal axis 40 of the combustion chamber 22.
  • the ring mouthpiece 78 is mounted to slide back and forth in the axial direction, ie in the direction of the longitudinal axis 40 or in the direction of the double arrow 82 on a cup-shaped extension 86 of the nozzle mouthpiece 38, the cup-shaped extension 86 having openings 51 corresponding to the radial openings 45 in the nozzle mouthpiece 78
  • the two radial openings 45 and 51 can be made to coincide, in FIG. 5 when the ring mouthpiece 78 is shifted to the left.
  • the ring mouthpiece 78 is shifted to the right (position in FIG.
  • the longitudinal axis 40 becomes 40
  • a negative pressure of approximately 400 to 500 mm water column in relation to the atmospheric pressure and in the area of the front-side gas register 16, 18, 20 a negative pressure of approximately 40 to 50 mm water column in relation to the atmospheric pressure are built up.
  • the vacuum regions mentioned are identified in FIG. 4 by the reference numbers 60 and 62.
  • the hot combustion gases cause the same to ignite immediately after the relatively cold fuel emulsion emerges, so that the combustion process is relatively close behind the combustion material entry 10 is started.
  • the outer flow profile 66 (flame jacket) is determined by the equilibrium between the centrifugal forces caused by the rotation and the forces caused by the negative pressure prevailing outside the flow profile 66 in the area 62 of the end wall 42 and by the central negative pressure in the area 60 within the flow profile 66 contingent opposing forces on the other hand.
  • the two outer gas and air channels 56, 58 are closed.
  • the ring opening 16 is adjusted so that the speed of the exiting air is about 40 m / sec.
  • the annular mouthpiece 78 is - as explained - shifted towards the combustion chamber 22, so that the annular gap between the side walls 46 ", 48" and the free cross section of the primary air inlet 12 'are reduced (see position in FIG. 5, as a result of which the discharge quantity the "primary" and "secondary” primary air is reduced at a somewhat increased exit speed.
  • a high break-open effect is obtained due to the somewhat increased exit speed, in particular of the "secondary primary air" from the ring opening 14.
  • the primary air is divided at the start so that about 60 up to 70%, preferably 90%, of the same from the inlet 12 'closest to the fuel inlet 10 and only about 30 to 40%, preferably 10%, of the same from the ring opening 14.
  • the central end surface formed flat within the annular opening 10.
  • it can also -. ig as in the example of F 2 and 3 -. be provided with an approximately annular deflector emulsion of the hot combustion gases to the injected fuel to support the recirculation and mixing.
  • the central end face within the ring opening 10 can be coated with a heat-resistant material, for example ceramic, preferably the entire inner cone 70 of the nozzle mouthpiece 38 in the region of the annular inlet opening 10 is made of heat-resistant material, for example ceramic.
  • the deflection of the radially outermost individual gas flow around the axis 40 by the guide vanes or guide plates 32 is less and can even be zero.
  • the radial expansion of the flow profile or the flame jacket 66 is influenced considerably. In particular, this reliably prevents fuel particles from being deposited on the side wall 74 of the combustion chamber 22.
  • the outside diameter of the insertable component 54 ' is about 244 mm and the outside diameter of the outermost ring channel 58 is 800 to 900 mm.
  • the above-mentioned admixture of combustion gases to the "primary primary air” has two advantages. First, the fuel emulsion can be preheated along its path through channel 50. On the other hand, a certain amount of afterburning and thus higher efficiency can be achieved. These two advantages outweigh the disadvantage of a lower oxygen content. This disadvantage can easily be compensated for by oxygen enrichment of the other individual gas flows ("secondary air").
  • wetting agents are preferably added, which ensure a uniform distribution of the coal particles in the water and thus an emulsion.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Abstract

ßt Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, vorzugsweise Kohle, in pulverisierter Form, die unter Bildung einer Emulsion mit einer Trägerflüssigkeit wie Wasser und/oder Öl oder dergleichen vermischt sind, wobei zu diesem Zweck die Brennstoffemulsion durch eine etwa ringförmig ausgebildete Eintrittsöffnung (10) in einen Verbrennungsraum (22) eingespritzt wird, so dass ein etwa hohlkegelartiges Strömungsprofil entsteht. Innerhalb dieses Strömungsprofils wird unmittelbar hinter der in den Verbrennungsraum (22) mündenden Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion ein Unterdruck (Bereich 60) aufgebaut, so dass ein Teil heisser Verbrennungsgase und ein Rest unverbrannter Brennstoffpartikel zur Eintrittsöffnung rezirkuliert (64). Darüber hinaus sind in der Stirnseite (42) des Verbrennungsraumes (22) Gaseintrittsöffnungen (12, 12', 14, 16, 18, 20) vorgesehen, durch die Gas bzw. Luft ausströmt, deren Strömungsbahn konzentrisch und schraubenförmig zur Achse (40) der in den Verbrennungsraum (22) mündenden Eintrittsöffnung (10) für die Brennstoffemulsion verläuft. Dadurch erfährt die in den Verbrennungsraum (22) eingespritzte Brennstoffemulsion eine' Rotationsbewegung, wodurch das hohlkegelartige Strömungsprofil eine starke Auffächung bzw. Aufweitung in ein glocken- bzw. apfelförmiges Profil (66) erfährt. Durch die genannten Massnahmen lässt sich ein extrem langer Partikelweg (68) auf kürzester Strecke längs der Mittelachse (40) des Verbrennungsraumes (22) erzielen. Es ist eine praktisch vollständige Verbrennung innerhalb eines extrem kurzen Verbrennungsraumes (22) gewährleistet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrenner fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulverisierter Form, die unter Ausbildung eines rezirkulierenden Strömungsprofiles in einen Verbrennungsraum eingeleitet werden, wobei dieses Strömungsprofil durch eine rotierende äußere Luftströmung begrenzt wird. Die äußere Luftströmung wird zu diesem Zweck über einen dem Brennstoff-Eintritt konzentrisch umgebenden Lufteintritt in den Verbrennungsraum eingeblasen, wobei der Lufteintritt die Luftströmung in Rotation versetzende Drallelemente umfaßt.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, eine möglichst vollständige und emisionsfreie Verbrennung der genannten festen Brennstoffe zu erhalten, wenn diese unter Bildung einer Emulsion mit einer Trägerflüssigkeit wie Wasser und/oder Öl oder dergleichen vermischt in den Verbrennungsraum eingespritzt werden. Gewöhnlich wird eine solche Brennstoff- Emulsion durch eine düsenartige Öffnung in den Verbrennungsraum eingespritzt und zwar unter Ausbildung eines sich nur unwesentlich öffnenden Vollkegels mit der Folge, daß die Verbrennung in einer relativ langen Stichflamme erfolgt und aufgrund der dadurch bedingten relativ geringen freien Brennstoffoberfläche entsprechend unvollständig ist. Darüberhinaus sind sehr lange Verbrennungsräume bzw. Brennkammern erforderlich.
  • Aus der DE-OS 2 806 363 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entzünden einer Kohlenstaubflamme nach der eingangs genannten Art bekannt. Die Vorrichtung umfaßt eine zentrale Kohlenstaubleitung, durch die pneumatisch (mit Luft) Kohle in die Zündzone der Vorrichtung gebracht wird. Am Austrittsende der Kohlenstaubleitung ist ein hohlkonischer Diffusor angeordnet, durch den der austretende Kohlenstaub ein hohlkegelartiges Strömungsprofil erhält. Die Kohlenstaubleitung ist innerhalb einer Sekundärluftleitung angeordnet und erstreckt sich co-axial zu dieser derart, daß ein Sekundärluft-Ringkanal entsteht. Die Sekundärluftleitung ist im Bereich des Kohlestaub-Difusors mit einem divergierenden Mündungsabschnitt versehen, der die äußere Begrenzung des Verbrennungsraumes darstellt. In der Sekundär-Luftleitung sind Drallelemente angeordnet, die der Sekundärluftströmung eine Rotation um die zentrale Achse der Vorrichtung aufprägen. Durch die äußere Sekundär-Luftströmung wird eine Rezirkulation heißer Verbrennungsgase und-unverbrannter Brennstoffpartikel, d.h. eine Rückströmung derselben zum Brennstoff-Eintritt zurückerzielt. Dadurch erhält man eine stabilere Flamme.
  • Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Maßnahmen bei der Verbrennung einer Brennstoff-Emulsion nicht ausreichen und daß die Flammenstabilisierung bei verschiedenen Lastzuständen ungenügend ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung so abzuändern, daß bei allen denkbaren Betriebszutänden (Zündung, Teillast, Vollast) eine höchst stabile Flamme erhalten wird, die zugleich eine maximale Verbrennung auf kürzestem Weg, d.h. in extrem kurz gebauten Verbrennungsraumen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Verwendung einer Brennstoffemulsion durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 (verfahrensmäßig) bzw. des Patentanspruches 10 (vorrichtungsmäßig) gelöst.
  • Durch die Einleitung der Brennstoffemulsion in den Verbrennungsraum unter Ausbildung eines hohlkegelartigen Strömungsprofils wird auf einfache Weise eine erhebliche Vergrößerung der freien Brennstoffoberfläche erreicht mit einer entsprechend vollständigen Verbrennung. Durch die Aufteilung der äußeren Sekundärluft-Strömung in mehrere konzentrische Teilströmungen und die Möglichkeit, die Teilströmungen hinsichtlich Durchsatz zu variieren, läßt sich eine maximale zentrale Rezirkulation eines Teils der heißen Verbrennungsgase sowie kleine Reste unverbrannter Brennstoffpartikel zum Brennstoff-Eintritt bei jedem Betriebs- bzw. Lastzustand und damit eine Minimierung der Flammenlänge bei gleichzeitig nahezu vollständiger bzw. rückstandfreier Verbrennung erhalten. Es ist erfindungsgemäß möglich, einen Teil der heißen Verbrennungsgase sowie kleine Reste unverbrannter Brennstoffpartikel bei jedem Betriebs- bzw. Lastzustand zentral bis unmittelbar zum Brennstoff-Eintritt zurückzuführen,.wodurch eine frühe Entflammung der in den Verbrennungsraum eingespritzten Brennstoff-Emulsion erhalten wird. Der Abstand der Flamme vom Brennstoff-Eintritt wird dadurch minimiert.
  • Der rezirkulierte Rest unverbrannter Brennstoffpartikel wird gleichzeitig nachverbrannt. Beide Effekte führen zu einer erhöhten Flammenstabilität sowie Verkürzung der Flamme und zu einem höheren Verbrennungsgrad. Der Flammenmantel bildet sich etwa apfelförmig aus. Vorzugsweise nehmen die Strömungsgeschwindigkeiten der erwähnten Teilströmungen von innen nach außen ab. Die radial inneren bzw. dem Brennstoffeintritt nächst gelegenen Teilströmungen haben primär die Aufgabe, den Brennstoffkegel aufzubrechen, um eine Vergrößerung der freien Brennstoffoberfläche zu erreichen. Die radial etwas weiter außen liegenden Teilströmungen haben dagegen primär die Aufgabe, das Brennstoff-Strömungsprofil bzw. die Flamme zu begrenzen und in Rotation zu versetzen, so daß unmittelbar hinter dem Brennstoff-Eintritt ein ausreichend hoher Unterdruck entsteht, der die erwähnte Rezirkulation eines Teiles heißer Verbrennungsgase sowie kleine Reste unverbrannter Brennstoffpartikel auslöst. Ferner haben die radial etwas weiter außen liegenden Teilströmungen die Aufgabe, im Bereich der dem Brennstoff-Eintritt umfassenden Stirnwand des Verbrennungsraumes einen Unterdruck aufzubauen, der eine spontane Auffächerung der in den Verbrennungsraum eingespritzen Brennstoff- Emulsion und damit eine zusätzliche Verkürzung der Flamme zur Folge hat. Die Form des Brennstoff-Strömungsprofils bzw. der Flamme wird bestimmt durch das Gleichgewicht der auf die Brennstoff-Emulsion bzw. Flamme einwirkenden Zentrifugalkräfte und äußeren sowie zentralen "Unterdruck"-Kräfte. Die Ausbildung eines äußeren Unterdrucks kann durch die Maßnahme nach Patentanspruch 5 zusätzlich erhöht werden.
  • Weitere Detailverbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Auf diese wird ausdrücklich hingewiesen. Besonders erwähnenswert sei jedoch noch die Maßnahme nach den Patentansprüchen 7 bis 9 bzw. 16, wodurch eine äußerst starke Einwirkung der äußeren Luftströmung auf das Strömungsprofil der Brennstoffemulsion und eine entsprechende Vergrößerung der freien bzw. wirksamen BrennstoffOberfläche auf kürzestem axialen Wege erreicht wird.
  • Wird als Trägerflüssigkeit für die festen pulverisierten Brennstoffe Wasser verwendet, hat die erfindungsgemäß angestrebte Rezirkulation eines Teils heißer Verbrennungsgase zusätzlich den ganz großen Vorteil, daß dabei auch ein Teil dissoziierten Wassers und damit freigewordener Sauerstoff zentral zum Brennstoff- Eintritt zurückströmt, wodurch die Verbrennung zusätzlich vom Innern des hohlen Brennstoff-Sprühkegels initiiert wird.
  • Die Bedeutung der Erfindung wird augenscheinlich, wenn man bedenkt, wie lange die Brennzeit von z.B. Kohle im Vergleich zur Brennzeit von Öl oder Holz ist. Entsprechend lang muß der Partikelweg sein, um eine relativ vollständige Verbrennung zu erhalten. Dies bedingt normalerweise die eingangs erwähnten langen Brennräume. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der erforderlich lange Partikelweg durch spontane Auffächerung des hohlen Brennstoff-Sprühkegels, Beförderung der Brennstoffpartikel längs einer schraubenförmigen Strömungsbahn und teilweise Rezirkulation bis unmittelbar zum Brennstoff-Eintritt zurück bei sämtlichen Laststufen auf kürzester Strecke in Richtung der Mittelachse des Brennstoffeintritts bzw. des Verbrennungsraumes erreicht.
  • Es sei auch noch erwähnt, daß zum Start der Verbrennung durch die Eintrittsöffnung zuerst reines Öl eingespritzt wird, das dann zunehmend mit pulverisierten festen Brennstoffen, z.B. pulverisierter Kohle, und gegebenenfalls Wasser vermischt wird. Das Öl kann dann schließlich ganz durch Wasser ersetzt werden. Dies hängt zum Teil auch von der Konsistenz der zu verbrennenden Kohle oder dergleichen ab. Die Öleinspritzung beim Start erleichtert die Zündung. Umgekehrt verhält es sich beim Abschalten der Verbrennung. Es wird zunehmend der pulverisierte Brennstoff weggenommen, bis schließlich nur noch Öl als Brennstoff übrig bleibt. Dadurch wird beim Abschalten eine Verklumpung oder Verstopfung der Brennstoff-Eintrittsöffnung bzw. Ringdüse vermieden. Als fester Brennstoff kommt vornehmliche Kohle in Frage z.B. Steinkohle, bitumenhaltige Kohle, gasreiche Kohle oder ein Gemisch davon.
  • Es gibt zwar schon seit langem Untersuchungen zum verbrennungstechnischen Verhalten von Kohle/Wasser/Öl-Gemischen (siehe verfahrenstechnische Berichte, 1967, S. 648). Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Beherrschung eines derartigen Brennstoffes äußerst diffizil ist. Die Erfindung zeigt einen erfolgreichen Weg dazu.
  • Aus der US-PS 4 023 921 ist es für einen Ölbrenner bekannt, zwei zur Eintrittsdüse konzentrische Sekundär-Luftteilströmungen vorzusehen. Es sind jedoch keine Maßnahmen für eine Rotation sowie Durchsatz-Änderung dieser Teilströmungen vorgeschlagen, die eine maximale Rezirkulation eines Teiles heißer Verbrennungsgase sowie kleine Reste unverbrannten Brennstoffs bei verschiedenen Betriebszuständen ermöglichen. Die Sekundär-Luftteilströmungen nach der US-PS 4 023 921 sollen dazu dienen, die Brennstoff-Düse zu kühlen, sowie genügend Luft für eine Nachverbrennungieiner sekundären Brennzone in den Verbrennungsraum einzublasen.
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und anhand dieser das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 eine graphische Darstellung der Brennzeit sowie freien Brennstoffläche von öl, Holz und Kohle in Abhängigkeit von der Partikel- bzw. Tröpfchengröße,
    • Fig. 2 Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Brennerteil) im schematischen Längsschnitt,
    • Fig. 3 Brennstoff-Ringdüse und Gas-Register des Brenners nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,
    • Fig. 4 abgewandelter Brennerteil im schematischen Längsschnitt,
    • Fig. 5 den zentralen Brennerteil nach Fig. 4 in vergrößertem Maßstab,
    • Fig. 6 den Brennerteil nach Fig. 5 im Schnitt längs Linie IV-IV in Fig. 5 und in verkleinertem Maßstab.
  • Figur 1 läßt erkennen, daß die Brennzeit von Kohlepartikel wesentlich größer ist als die Brennzeit von Holzpartikel oder Öltröpfchen, wobei die Brennzeit-Charakteristik von Kohle, Holz und Öl in Abhängigkeit von der Partikelgröße bzw. Tröpfchengröße und damit in Abhängigkeit von der freien Oberfläche pro Volumeneinheit jeweils gleich ist. Dies bedeutet, daß zur vollständigen Verbrennung von pulverisierter Kohle ein wesentlich längerer Partikelweg erforderlich ist als bei der Verbrennung von z.B. Öl. Aus diesem Grunde sind die Verbrennungsräume herkömmlicher Kohlebrenner sehr lang gebaut, um die entsprechend lange Stichflamme aufnehmen zu können. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, wie sie oben angegeben sind und wie sie nachstehend nochmals eingehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert werden, läßt sich eine vollständige Verbrennung von pulverisierter Kohle auch auf kürzester Strecke, d.h. bei extrem kurzer Baulänge des Verbrennungsraumes, erreichen.
  • Der in Figur 2 im schematischen Längsschnitt dargestellte Kohlebrenner weist ein Ring-Düsenmundstück 38 mit einer in den Verbrennungsraum 22 mündenden etwa ringförmigen Eintrittsöffnung 10 auf, deren Spaltweite durch Veränderung der Relativlage der die ringförmige Eintrittsöffnung 10 begrenzenden Seitenwandungen 46, 48 variierbar ist. Die Seitenwandungen 46, 48 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kegelförmig ausgebildet, so daß die Brennstoffemulsion beim Austritt aus der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 ein hohlkegelartiges Strömungsprofil erhält, das im weiteren Verlauf eine starke Auffächerung bzw. Aufweitung zu einem glocken- bzw. apfelartigen Profil erfährt.
  • Das Düsenmundstück 38 ist von einem ersten Gaskanal 50 (siehe Fig. 3) konzentrisch umgeben, deren in den Verbrennungsraum 22 mündende Eintrittsöffnung 12 der Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion benachbart ist. Durch den Gaskanal 50 strömt eine sogenannte "primäre Primärluft", die mit Verbrennungsgasen höherer Temperatur angereichert sein kann, wobei das aus der Öffnung 12 austretende Gas eine Strömungsgeschwindigkeit von 100 bis 200 m/s, vorzugsweise etwa 130 m/s, besitzt. Die die Öffnung 12 begrenzenden Seitenwandungen 46' und 48' (siehe Fig. 3) sind ebenfalls kegelförmig ausgebildet ähnlich wie die die ringförmige Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion begrenzenden Seitenwandungen 46, 48. Unmittelbar vor dem Austritt des "primären Primärgases" wird dieses durch Leitschaufeln 24 um etwa 70° umgelenkt und damit in Rotation um die Längsachse 40 der Eintrittsöffnung 10 bzw. des Verbrennungsraumes 22 versetzt. Das primäre Primärgas wird in den Gaskanal 50 mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule eingeblasen.
  • Der Gaskanal 50 wird von einem weiteren Gaskanal 52 konzentrisch umgeben (siehe Fig. 3), dessen ringförmige in den Verbrennungsraum 22 mündende Eintrittsöffnung 14 ebenfalls durch kegelförmige Seitenwandungen 46" und 48" begrenzt ist (siehe Fig. 3). Die Seitenwandungen 46", 48" sind jedoch so gerichtet, daß sie der aus der Ringöffnung 14 austretenden Gasströmung ein kegelartiges Strömungsprofil aufprägen, das das kegelartige Strömungsprofil der aus der Ringöffnung 10 austretenden Brennstoffemulsion bzw. aus der Ringöffnung 12 austretenden Gasströmung durchdringt. Dadurch und durch die Zurückversetzung der Ringöffnungen 10 und 12 gegenüber der Ringöffnung 14 wird durch die aus der Ringöffnung 14 austretende Gasströmung ein Aufbrechen des geschlossenen hohlkegelartigen Strömungsprofils der dann sich bereits in Rotation befindenden Brennstoffemulsion erreicht, also eine zusätzliche Vergrößerung der freien Oberfläche des Brennstoffs kurz nach Austritt aus dem Düsenmundstück bzw. kurz nach Eintritt in den Verbrennungsraum 22 erzielt.
  • Vor Austritt der den Gaskanal 52 durchströmenden sogenannten "sekundären Primärluft" wird diese ebenfalls durch im Bereich der Ringöffnung 14 angeordnete Leitschaufeln 26 umgelenkt, und zwar um etwa 40 bis 45° zur Längsachse 40 des Düsenmundstücks 38, also in Rotation um die Längsachse 40 versetzt. Die Austrittsgeschwindigkeit der "sekundären Primärluft" beträgt etwa 120 bis 180 m pro Sekunde, vorzugsweise 140 m pro Sekunde. Die Ringspaltweite der Öffnung 14 ist wiederum durch Veränderung der Relativlage der sie begrenzenden Seitenwandungen 46", 48" veränderbar. In entsprechender Weise ist natürlich die Austrittsgeschwindigkeit der "sekundären Primärluft" variabel. Auch die "sekundäre Primärluft" wird mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule in den Ringkanal 52 eingeblasen. Die Ablenkung der "sekundären Primärluft" durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 26 erfolgt in der gleichen Richtung wie die Ablenkung der "primären Primärluft" durch die im Bereich der Öffnung 12 angeordneten Leitschaufeln bzw. Leitbleche 24.
  • Die "sekundäre Primärluft" ist vorzugsweise nicht mit heissen Verbrennungsgasen angereichert, da sie weniger als Trägermedium für die in den Verbrennungsraum 22 eingespritzte Brennstoffemulsion dient als vielmehr der Vergrösserung der freien Oberfläche derselben und der Anreicherung bzw. Versorgung der Brennstoffpartikel mit Sauerstoff.
  • Der das Düsenmundstück 38, den diesen unmittelbar umgebenden Ringkanal 50 und den von der "sekundären Primärluft" durchströmten Ringkanal 52 umfassende Bauteil 54'ist als Ganzes in die Stirnwand 42 des Verbrennungsraumes 22 bzw. in das noch zu beschreibende Gas-Register 54, 56, 58 (siehe Fig. 3) einsetzbar und somit auch leicht durch ein entsprechendes,etwas modifiziertes Bauteil austauschbar.
  • Der Gaskanal 52 für die "sekundäre Primärluft" ist wiederum von einem konzentrischen Gaskanal 54, dieser von einem weiteren Gaskanal 56 und dieser schließlich noch von einem Gaskanal 58 jeweils konzentrisch umgeben. Die entsprechenden in den Verbrennungsraum 22 mündenden Ringöffnungen sind in den Figuren 2 und 3 mit den Bezugsziffern 16, 18 und 20 gekennzeichnet. Die Ringkanäle 54, 56, 58 werden selektiv,vorzugsweise von Luft,durchströmt, wobei die Einblasung unter einem Druck von etwa 200 bis 300 mm Wassersäule erfolgt. Vor dem Austritt der Luft aus den ringförmigen Gas- bzw. Luft-Eintrittsöffnungen 16, 18, 20 wird diese durch im Bereich der Öffnungen 16, 18, 20 angeordnete Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28, 30, 32 umgelenkt und somit um die Längsachse 40 in Rotation versetzt, und zwar in derselben Richtung wie die "primäre Primärluft" bzw. "sekundäre Primärluft" durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 24, 26.
  • Durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28 erfolgt eine Umlenkung der Gasströmung um etwa 70°. Die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 30 und 32 bewirken eine Umlenkung der Gasströmung um etwa 40 bis 50° bzw. 0 bis 40°. Sämtliche Leitschaufeln bzw. Leitbleche, insbesondere die äußersten Leitschaufeln bzw. Leitbleche 32 sind hinsichtlich ihrer Winkelstellung veränderbar und damit an den zu verbrennenden Brennstoff anpaßbar.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit der aus der Ringöffnung 16 austretenden Luft beträgt beim Start der Verbrennung etwa 40 m pro Sekunde, bei Vollast etwa 70 m pro Sekunde. Die Strömungsgeschwindigkeit der aus den Ringöffnungen 18 und 20 austretende Luft variiert zwischen 0 m pro Sekunde beim Start der Verbrennung bis 70 m pro Sekunde bei Vollast.
  • Die Austrittsgeschwindigkeiten der "primären Primärluft" aus der Ringöffnung 12 und der "sekundären Primärluft" aus der Ringöffnung 14 bleiben in allen Betriebszuständen zwischen Start und Vollast etwa gleich. Nur die Austrittsmenge bzw. der Durchsatz werden verändert durch entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung der Spaltweiten der Ringöffnungen bzw. Ringspalte 12 und 14. Dabei erfolgt die Veränderung der Spaltweiten der Ringöffnungen bzw. -spalte 12 und 14 gleichermaßen. Zu diesem Zweck ist ein zwischen den beiden Ringöffnungen bzw. -spalten 12 und 14 angeordnetes Ringmundstück 78, das die beiden benachbarten bzw. einander zugewandten Seitenwandungen 48' und 46" der beiden Ringöffnungen bzw. -spalte 12 und 14 umfaßt, in axialer Richtung bzw. in Richtung der Längsachse 40 hin-und herverschiebbar (Doppelpfeil 82 in Figur 3). Das Ringmundstück 78 ist bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 3 mit dem die beiden Primärluft-Kanäle 50, 52 voneinander trennenden Rohrmantel 80 verbunden, so daß die axiale Verschiebung des Ringmundstückes 78 durch entsprechende Einwirkung auf den Rohrmantel 80 erfolgt. Beim Start wird das Ringmundstück 78 in Figur 3 nach rechts verschoben, so daß die Spaltweiten der Ringöffnungen bzw. -spalte 12 und 14 und damit die Menge der austretenden Primärluft ein Minimum sind. Bei Vollast sind die Verhältnisse umgekehrt, d.h. das Ringmundstück ist in Figur 3 nach links verschoben, so daß die Ringöffnungen bzw. -spalte 12 und 14 maximal geöffnet sind. Entsprechend maximal ist die Austrittsmenge der "primären" und "sekundären" Primärluft.
  • Dank der beschriebenen Anordnung und Konfiguration der in den Verbrennungsraum 22 mündenden Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion bzw. Eintrittsöffnungen 12, 14, 16, 18, 20 für die eine Rotation der eingespritzten Brennstoff- emulsion bewirkenden Gasströmung bzw. Einzel-Gasströmungen wird im Bereich der Längsachse 40 unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion ein Unterdruck von etwa 400 bis 500 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck sowie im Bereich des stirnseitigen Gas-Registers 16, 18, 20 ein Unterdruck von etwa 40 bis 50 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck aufgebaut. Die genannten Unterdruck-Bereiche sind in Fig. 2 mit den Bezugsziffern 60 und 62 gekennzeichnet. Aufgrund des sich im Zentralbereich der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 aufbauenden Unterdrucks wird ein Rezirkulation 64 eines Teils heißer Verbrennungsgase sowie eines Restes unverbrannter Brennstoffpartikel zur Eintrittsöffnung 10 ausgelöst. Die Rezirkulation 64 erfolgt über den gesamten Umfang des glocken- bzw. apfelförmigen Strömungsprofils 66 (Flammenteil). Die zentral rezirkulierenden etwa 1500 bis 1700°C heißen Verbrennungsgase erfahren an der zentralen Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 eine Umlenkung und werden von der eingespritzten Brennstoffemulsion wieder zurück in den Verbrennungsraum 22 mitgerissen. Die heißen Verbrennungsgase bewirken dabei unmittelbar nach dem Austritt der relativ kalten Brennstoffemulsion eine Entflammung derselben, so daß der Verbrennungsvorgang relativ nahe hinter dem Brennstoffeintritt 10 in Gang gesetzt wird. Das äußere Strömungsprofil 66 (Flammenmantel) wird bestimmt durch das Gleichgewicht zwischen den durch die Rotation 68 bedingten Zentrifugalkräften sowie den durch den außerhalb des Strömungsprofils 66 im Bereich 62 der Stirnwand 42 herrschenden Unterdruck bedingten Kräften einerseits und den durch den zentralen Unterdruck im Bereich 60 innerhalb des Strömungsprofils 66 bedingten Gegenkräften andererseits.
  • Beim Starten der Verbrennung werden die beiden äußeren Gas- bzw. Luftkanäle 56, 58 geschlossen. Die Ringöffnung 16 wird so eingestellt, daß die Geschwindigkeit der austretenden Luft etwa 40 m pro Sekunde beträgt. Das Ringmundstück 78 wird - wie dargelegt - in Richtung zum Verbrennungsraum 22 hin verschoben, so daß die Ringspalte zwischen den Seitenwandungen 46', 48' sowie 46", 48" verkleinert werden, wodurch die Austrittsmenge der "primären" und "sekundären" Primärluft bei etwas erhöhter Austrittsgeschwindigkeit reduziert wird. Durch die etwas erhöhte Austrittsgeschwindigkeit insbesondere der "sekundären Primärluft" aus der Ringöffnung 14 wird ein hoher Aufbrech-Effekt erhalten. Die Primärluft wird beim Start so aufgeteilt, daß etwa 60 bis 70%, vorzugsweise 90%, derselben aus der dem Brennstoffeintritt 10 am nächsten gelegenen Ringöffnung 12 und nur etwa 30 bis 40%, vorzugsweise 10%, derselben aus der zweitnächsten Ringöffnung 14 ausströmen.
  • Bei Vollast beträgt bei erhöhter Gesamtmenge der Primärluft das Mengenverhältnis zwischen "primärer Primärluft" und "sekundärer Primärluft" etwa 3 : 7. Diese Ausführungen zeigen, daß beim Start eine konzentrierte starke Gasströmung in unmittelbarer Umgebung der Brennstoffemulsion benötigt wird, um diese aufzubrechen und damit die Verbrennung aufgrund der vergrößerten Oberfläche des Brennstoffs bzw. der Brennstoffemulsion leichter in Gang bringen zu können. Die beschriebene Änderung des Mengenverhältnisses zwischen "primärer" und "sekundärer" Primärluft bei gleichzeitiger Änderung der Kapazität bzw. Austrittsmenge insgesamt erhält man in einfacher Weise durch entsprechende Konfiguration des axial beweglichen Ringmundstücks 78, z.B. wie in Figur 2 oder 3 dargestellt (mit etwa trapezförmigem Querschnitt).
  • Wie die Figuren 2 und 3 erkennen lassen, ist die zentrale Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 mit einer umlaufenden bzw. ringförmigen Umlenkrinne 44 versehen zur Unterstützung der Rezirkulation und Beimischung der heißen Verbrennuncsgase zu der eingespritzten Brennstoffemulsion. Die zentrale Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 kann mit einem hitzebeständigen Material beschichtet sein, z.B. Keramik. Vorzugsweise besteht der gesamte Innenkegel 70 des Düsenmundstücks 38 im Bereich der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 aus hitzebeständigem Material, z.B. Keramik.
  • Um ein Aufprallen rezirkulierender Verbrennungsgase und insbesondere noch unverbrannter Partikel auf der zentralen Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 und damit die Gefahr von Ablagerungen oder Verkrustungen auf derselben zu verhindern, kann durch entsprechende Öffnungen in dieser Stirnfläche zusätzliche Luft in den Verbrennungsraum eingeblasen werden, und zwar so, daß die eingeblasene Luft etwa spiralförmig über die zentrale Stirnfläche strömt. Auf diese Weise kann zum einen der Unterdruck vor der zentralen Stirnfläche eingestellt und variiert werden. Zum anderen hält die zusätzlich zentral eingeblasene Luft (Gas) die rezirkulierenden Verbrennungsgase und Partikel von der genannten Stirnfläche ab. Die Verkrustung derselben wird dadurch sicher vermieden.
  • Der in Fig. 4 im schematischen Längsschnitt dargestellte, gegenüber der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 abgewandelte Kohlebrenner weist ein Ring-Düsenmundstück 38 mit einer in den Verbrennungsraum 22 mündenden etwa ringförmigen Eintrittsöffnung 10 auf, deren Spaltweite durch Veränderung der die Relativlage der die ringförmige Eintrittsöffnung 10 begrenzenden Seitenwandungen 46, 48 variierbar ist. Die Seitenwandungen 46, 48 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls kegelförmig ausgebildet, so daß die Brennstoffemulsion beim Austritt aus der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 ein hohlkegelartiges Strömungsprofil erhält, das im weiteren Verlauf eine starke Auffächerung bzw. Aufweitung zu einem glocken- bzw. apfelartigen Profil erfährt.
  • Das Düsenmundstück 38 ist von einem ersten Gaskanal 50 konzentrisch umgeben, deren in den Verbrennungsraum 22 mündende Eintrittsöffnung 12' so gerichtet ist, daß die entsprechende Gasströmung ("primäre Primärluft") in einer sich senkrecht zur Achse 40 der in den Verbrennungsraum 22 mündenden Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion erstreckenden Ebene eingeleitet wird. (Siehe insbesondere Fig. 5 in der die durch die Eintrittsöffnung 12' in den Verbrennungsraum 22 eingeleitete "primäre Primärluft" durch den Strömungspfeil 84 gekennzeichnet ist, wobei durch diese Strömung das Brennstoff-Strömungsprofil 36 eine lokale Einschnürung bzw. Eindellung 36' erfährt.) Wie bereits dargelegt, strömt durch den Gaskanal 50 eine sogenannte "primäre Primärluft", die mit Verbrennungsgasen höherer Temperatur angereichert sein kann. Das aus der Öffnung 12' austretende Gas (Luft) besitzt eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 100 bis 200 m/sec, vorzugsweise etwa 130 m/sec. Wie Fig. 5 erkennen läßt, umfaßt die Eintrittsöffnung 12' für die "primäre Primärluft" mehrere, z.B. zwölf gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Einlaßöffnungen 47, die jeweils um denselben Winkel α zur Radialen gerichtet sind. Der Winkel α beträgt etwa 10 bis 25°, vorzugsweise 15°. Dadurch wird der in den Verbrennungsraum 22 eingeleiteten "primären Primärluft" eine Rotation um die Längsachse 40 aufgeprägt, die dann auf die in den Verbrennungsraum 22 eingespritzte Brennstoffemulsion übertragen wird. Die "primäre Primärluft" wird in den Gaskanal 50 gewöhnlich mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule eingeblasen. Bei Verbrennung von etwas zäheren Brennstoffemulsionen beträgt dieser Druck vorzugsweise etwa 2000 bis 4000 mm Wassersäule.
  • Der Gaskanal 50 wird von einem weiteren Gaskanal 52 konzentrisch umgeben (siehe Figuren 2 und 3), dessen ringförmige in den Verbrennungsraum 22 mündende Eintrittsöff- : nung 14 durch kegelförmige Seitenwandungen 46" und 48" begrenzt ist. Die Seitenwandungen 46", 48" sind so gerichtet, daß sie der aus der Ringöffnung 14 austretenden Gasströmung ein kegelartiges Strömungsprofil aufprägen, das das sich in Richtung des Verbrennungsraums 22 öffnende hohlkegelartige Strömungsprofil 36 der aus der Ringöffnung 10 austretenden Brennstoffemulsion zu durchdringen versucht. Dadurch und durch die Zurückversetzung der Ringöffnung 10 sowie Einlaßöffnung 12' gegenüber der Ringöffnung 14 wird ein Aufbrechen des geschlossenen hohlkegelartigen Strömungsprofils 36 der sich dann bereits in Rotation befindenden Brennstoffemulsion erreicht, also eine zusätzliche Vergrößerung der freien bzw. wirksamen Oberfläche des Brennstoffs kurz nach dem Austritt aus dem Düsenmundstück 38 bzw. kurz nach Eintritt in den Verbrennungsraum 22 erzielt.
  • Vor Austritt der den Gaskanal 52 durchströmenden sogenannten "sekundären Primärluft" wird diese durch im Bereich der Ringöffnung 14 angeordnete Leitschaufeln 26 umgelenkt, und zwar um etwa 40 bis 45° zur Längsachse 40 des Düsenmundstücks 38, also in Rotation um die Längsachse 40 versetzt. Die Austrittsgeschwindigkeit der "sekundären Primärluft" beträgt etwa 120 bis 180 m/sec, vorzugsweise 140 m/sec. Die Ringspaltweite der Öffnung 14 ist durch Veränderung der Relativlage der sie begrenzenden Seitenwandungen 46", 48" veränderbar. In entsprechender Weise ist natürlich die Austrittsmenge (Kapazität) der "sekundären Primärluft" variabel bei etwa gleichbleibender Gasaustrittsgeschwindigkeit. Auch die "sekundäre Primärluft" wird mit einem Druck von etwa 1000 bis 1200 mm Wassersäule in den Ringkanal 52 eingeblasen. Bei etwas zäheren Brennstoffemulsionen kann dieser Druck höher liegen, z.B. ebenfalls etwa 2000 bis 4000 mm Wassersäule. Die Ablenkung der "sekundären Primärluft" durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 26 erfolgt in der gleichen Richtung wie die Ablenkung der "primären Primärluft" durch die zur Radialen geneigten Öffnungen 47 des Primärluft-Eintritts 12'.
  • Die "sekundäre Primärluft" ist vorzugsweise nicht mit heißen Verbrennungsgasen angereichert, da sie weniger als Trägermedium für die in den Verbrennungsraum 22 eingespritzte Brennstoffemulsion dient als vielmehr der Vergrößerung der freien bzw. wirksamen Oberfläche derselben und der Anreicherung bzw. Versorgung der Brennstoffpartikel mit Sauerstoff.
  • Der das Düsenmundstück 38, den diesen unmittelbar umgebenden Ringkanal 50 und den von der "sekundären Primärluft" durchströmten Ringkanal 52 umfassende Bauteil 54' ist als Ganzes in die Stirnwand 42 des Verbrennungsraums 22 bzw. in das noch zu beschreibende Gas-Register 54, 56, 58 (siehe Fig. 2) einsetzbar und somit auch leicht durch ein entsprechendes, etwas modifiziertes Bauteil austauschbar. Der Gaskanal 52 für die "sekundäre Primärluft" ist wiederum von einem konzentrischen Gaskanal 54, dieser von einem weiteren Gaskanal 56 und dieser schließlich noch von einem Gaskanal 58 jeweils konzentrisch umgeben. Die entsprechenden in den Verbrennungsraum 22 mündenden Ringöffnungen sind in Fig. 2 mit den Bezugsziffern 16, 18 und 20 gekennzeichnet. Die Ringkanäle 54, 56, 58 werden selektiv, vorzugsweise von Luft, durchströmt, wobei die Einblasung unter einem Druck von etwa 200 bis 300 mm Wassersäule erfolgt. Vor dem Austritt der Luft aus den ringförmigen Gas- bzw. Luft-Eintrittsöffnungen 16, 18, 20 wird diese durch im Bereich der Öffnungen 16, 18, 20 angeordnete Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28, 30, 32 umgelenkt und somit um die Längsachse 40 in Rotation versetzt, und zwar in derselben Richtung wie die "primäre Primärluft" bzw. "sekundäre Primärluft".
  • Durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 28 erfolgt eine Umlenkung der Gasströmung um etwa 70°. Die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 30 und 32 bewirken eine Umlenkung der Gasströmung um etwa 40 bis 50° bzw. 0 bis 40°. Sämtliche Leitschaufeln bzw. Leitbleche, insbesondere die äußersten Leitschaufeln bzw. Leitbleche 32 sind hinsichtlich ihrer Winkelstellung veränderbar und damit an den zu verbrennenden Brennstoff anpaßbar.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit der aus der Ringöffnung 16 austretenden Luft beträgt beim Start der Verbrennung etwa 40 m/sec, bei Vollast etwa 70 m/sec. Die Strömungsgesrhwindigkeit der aus den Ringöffnungen 18 und 20 austretenden Luft variiert zwischen 0 m/sec beim Start der Verbrennung bis 70 m/sec bei Vollast.
  • Die Austrittsgeschwindigkeiten der "primären Primärluft" aus den schräg gerichteten Öffnungen 4fiund der "sekundären Primärluft" aus der Ringöffnung 14 bleiben in allen Betriebszuständen zwischen Start und Vollast etwa gleich. Nur die Austrittsmenge bzw. der Durchsatz werden verkleinert durch entsprechende Vergrößerung oder Verkleinerung der freien Querschnitte der Öffnungen 4i bzw. der Ringöffnung 14. Die Veränderung der freien Querschnitte der Öffnungen 47 und 14 erfolgt gleichermaßen. Zu diesem Zweck ist ein zwischen den beiden Öffnungen 12' und 14 angeordnetes Ringmundstück 78 in axialer Richtung bzw. in Richtung der Längsachse 40 hin- und herverschiebbar (Doppelpfeil 82 in Fig. 3). Das Ringmundstück. 78 ist bei der Ausführungsform nach den Figuren 4 und 5 mit dem die beiden Primärluft-Kanäle 50, 52 voneinander trennenden Rohrmantel 80 verbunden, so daß die axiale Verschiebung des Ringmundstückes 78 in Richtung des Doppelpfeiles 82 durch entsprechende Einwirkung auf den Rohrmantel 80 erfolgt. Das Ringmundstück 78 umfaßt die radial innen gelegene Seitenwandung 46" der Ringöffnung 14 für den Austritt der "sekundären Primärluft" sowie . sich in einer Ebene etwa senkrecht zur Längsachse 40 des Verbrennungsraumes 22 erstreckende Primärluft-Eintrittsöffnungen 45, deren freier Querschnitt jeweils etwa elliptisch ist. Das Ringmundstück 78 ist in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Längsachse 40 bzw. in Richtung des Doppelpfeiles 82 auf einem topfförmigen Fortsatz 86 des Düsenmundstücks 38 hin- und herverschiebbar gelagert, wobei der topfförmige Fortsatz 86 Öffnungen 51 entsprechend den Radialöffnungen 45 im Düsenmundstück 78 aufweist. Durch entsprechende Verschiebung des Ringmundstücks 78 relativ zum Düsenmundstück 38 können die beiden Radialöffnungen 45- und 51 zur Deckung gebracht werden, in Fig. 5 bei Verschiebung des Ringmundstücks 78 nach links. Beim Start wird das Ringmundstück 78 nach rechts verschoben (Stellung in Fig. 5), so daß die Spaltweite der Ringöffnung 14 für die "sekundäre Primärluft" sowie der freie Querschnitt der Einlaßöffnung 12' für die "primäre Primärluft" jeweils ein Minimum sind. Bei Vollast sind die Verhältnisse umgekehrt, d.h. das Ringmundstück ist in Fig. 3 nach links verschoben, so daß die Ringöffnung 14 für die "sekundäre Primärluft" sowie die Einlaßöffnung 12' für die "primäre Primärluft" jeweils maximal geöffnet sind. In letztgenannter Stellung decken sich die Radialöffnungen 45 und 51. Entsprechend maximal ist bei letztgenannter Stellung die Austrittsmenge der "primären" und "sekundären" Primärluft.
  • Dank der beschriebenen Anordnung und Konfiguration der in den Verbrennungsraum 22 mündenden Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion bzw. Eintrittsöffnungen 12', 14, 16, 18, 20 für die eine Rotation der eingespritzten Brennstoffemulsion bewirkenden Gasströmung bzw. Einzel-Gasströmungen wird im Bereich der Längsachse 40 unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffemulsion ein Unterdruck von etwa 400 bis 500 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck sowie im Bereich des stirnseitigen Gas-Registers 16, 18, 20 ein Unterdruck von etwa 40 bis 50 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck aufgebaut. Die genannten Unterdruck-Bereiche sind in Figur 4 mit den Bezugsziffern 60 und 62 gekennzeichnet. Aufgrund des sich im Zentralbereich der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 aufbauenden Unterdrucks wird eine Rezirkulation eines Teils heißer Verbrennungsgase sowie eines Restes unverbrannter Brennstoffpartikel längs der zentralen Längsachse 40 bis unmittelbar zur Eintrittsöffnung 10 für die Brennstoffenulsionausgelöst. Die Rezirkulation erfolgt über den gesamten Umfang des glocken- bzw. apfelförmigen Strömungsprofils 66 (Flammenteil), das in Fig. 4 nur angedeutet ist. Die zentral rezirkulierenden etwa 1500 bis 1700° C heißen Verbrennungsgase erfahren an der zentralen Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 eine Umlenkung und werden von der eingespritzten Brennstoffemulsion wieder zurück in den Verbrennungsraum 22 mitgerissen. Die heißen Verbrennungsgase bewirken dabei unmittelbar nach dem Austritt der relativ kalten Brennstoffemulsion eine Entflammung derselben, so daß der Verbrennungsvorgang relativ nahe hinter dem Brennstoffeintritt 10 in Gang gesetzt wird. Das äußere Strömungsprofil 66 (Flammenmantel) wird bestimmt durch das Gleichgewicht zwischen den durch die Rotation bedingten Zentrifugalkräften sowie den durch den außerhalb des Strömungsprofils 66 im Bereich 62 der Stirnwand 42 herrschenden Unterdruck bedingten Kräften einerseits und den durch den zentralen Unterdruck im Bereich 60 innerhalb des Strömungsprofils 66 bedingten Gegenkräften andererseits.
  • Beim Starten der Verbrennung werden die beiden äußeren Gas- bzw. Luftkanäle 56, 58 geschlossen. Die Ringöffnung 16 wird so eingestellt, daß die Geschwindigkeit der austretenden Luft etwa 40 m/sec beträgt. Das Ringmundstück 78 wird - wie dargelegt - in Richtung zum Verbrennungsraum 22 hin verschoben, so daß der Ringspalt zwischen den Seitenwandungen 46", 48" und der freie Querschnitt des Primärluft-Einlasses 12' verkleinert werden (siehe Stellung in Fig. 5 wodurch die Austrittsmenge der "primären" und "sekundären" Primärluft bei etwas erhöhter Austrittsgeschwindigkeit reduziert wird. Durch die etwas erhöhte Austrittsgeschwindigkeit insbesondere der "sekundären Primärluft" aus der Ringöffnung 14 wird ein hoher Aufbrech-Effekt erhalten. Die Primärluft wird beim Start so aufgeteilt, daß etwa 60 bis 70%, vorzugsweise 90%, derselben aus dem dem Brennstoffeintritt 10 am nächsten gelegenen Einlaß 12' und nur etwa 30 bis 40%, vorzugsweise 10%, derselben aus der Ringöffnung 14 ausströmen.
  • Bei Vollast beträgt - wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 - bei erhöhter Gesamtmenge der Primärluft das Mengenverhältnis zwischen "primärer Primärluft" und "sekundärer Primärluft" etwa 3 : 7. Beim Start wird also eine konzentrierte starke Gasströmung in unmittelbarer Umgebung der Brennstoffemulsion benötigt, um diese aufzubrechen und damit die Verbrennung aufgrund der vergrößerten Oberfläche des Brennstoffs bzw. der Brennstoffemulsion leicher in Gang bringen zu können. Die beschriebene Änderung des Mengenverhältnisses zwischen "primärer" und sekundärer" Primärluft bei gleichzeitiger Änderung der Kapazität bzw. Austrittsmenge insgesamt erhält man in einfacher Weise durch die in Fig. 4 oder 5 dargestellte Konfiguration des axial beweglichen Ringmudstücks 78. Wie die Figuren 4 und 5 erkennen lassen, ist die zentrale Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 eben ausgebildet. Sie kann jedoch auch - wie bei dem Beispiel nach Fig. 2 und 3 - mit einer etwa ringförmigen Umlenkrinne versehen sein zur Unterstützung der Rezirkulation und Beimischung der heißen Verbrennungsgase zu der eingespritzten Brennstoff- emulsion. Die zentrale Stirnfläche innerhalb der Ringöffnung 10 kann mit einem hitzebeständigen Material beschichtet sein, z.B. Keramik. Vorzugsweise besteht der gesamte Innenkegel 70 des Düsenmundstücks 38 im Bereich der ringförmigen Eintrittsöffnung 10 aus hitzebeständigem Material, z.B. Keramik.
  • Um ein Aufprallen rezirkulierender Verbrennungsgase und insbesondere noch unverbrannter Partikel auf der zentralen Stirnfläche (in Fig.5 mit der Bezugsziffer 44' gekennzeichnet) innerhalb der Ringöffnung 10 und damit die Gefahr von Ablagerungen oder Verkrustungen auf derselben zu verhindern, kann durch entsprechende Öffnungen in dieser Stirnfläche zusätzliche Luft in den Verbrennungsraum eingeblasen werden, und zwar vorzugsweise so, daß die eingeblasene Luft etwa spiralförmig über die zentrale Stirnfläche 44' strömt. Auf diese Weise kann zum einen der Unterdruck vor der zentralen Stirnfläche eingestellt und variiert werden. Zum anderen hält die zusätzlich zentral eingeblasene Luft (Gas) die rezirkulierenden Verbrennungsgase und Partikel von der genannten Stirnfläche ab. Die Verkrustung desselben wird dadurch sicher vermieden..
  • Wie weiter oben bereits dargelegt worden ist, ist die Ablenkung der radial äußersten Einzel-Gasströmung um die Achse 40 durch die Leitschaufeln bzw. Leitbleche 32 geringer und kann sogar null betragen. Dadurch wird ganz erheblich die radiale Ausdehnung des Strömungsprofils bzw. des Flammenmantels 66 beeinflußt. Insbesondere wird dadurch ganz sicher vermieden, daß Brennstoffpartikel sich an der Seitenwandung 74 des Verbrennungsraumes 22 ablagern.
  • Bei einer Brennleistung von etwa 5 to Kohle pro Stunde beträgt der Außendurchmesser des einsetzbaren Bauteiles 54' etwa 244 mm und der Außendurchmesser des äußersten Ringkanales 58 800 bis 900 mm.
  • Die oben erwähnte Beimischung von Verbrennungsgasen zu der "primären Primärluft" hat zwei Vorteile. Zum einen läßt sich die Brennstoffemulsion längs ihres Weges durch den Kanal 50 vorwärmen. Zum anderen kann eine gewisse Nachverbrennung und damit ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Diese beiden Vorteile wiegen den Nachteil eines geringeren Sauerstoffanteils auf. Dieser Nachteil kann durch Sauerstoffanreicherung der übrigen Einzel-Gasströmungen ("Sekundärluft") problemlos kompensiert werden.
  • Bei einem Kohle-Wasser-Gemisch als Brennstoff werden vorzugsweise Benetzungsmittel zugesetzt, die eine gleichmässige Verteilung der Kohlepartikel im Wasser und damit Emulsion gewährleisten.
  • Sämtliche in den Unterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims (22)

1. Verfahren zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulversisierter Form, die unter Ausbildung eines rezirkulierenden Strömungsprofiles in einen Verbrennungsraum eingeleitet werden, wobei dieses Strömungsprofil durch eine rotierende äußere Luftströmung begrenzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Brennstoffe mit einer Trägerflüssigkeit, wie Wasser und/oder Öl, vermischt als Emulsion in den Verbrennungsraum eingeleitet werden, und daß die äußere Luftströmung in mehreren konzentrischen Teilströmungen in den Verbrennungsraum eingeblasen wird, wobei die Teilströmungen hinsichtlich Durchsatz jeweils variierbar sind und ihre Strömungsgeschwindigkeiten von innen nach außen abnehmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der dem Brennstoffeintritt am nächsten gelegenen Luftströmung Verbrennungsgase zugemischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start der Verbrennung der Luftdurchsatz etwa 20 bis 40 % des Durchsatzes bei Vollast beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem Brennstoffeintritt nächst gelegenen Luftströmungen eine etwa gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit bei allen Betriebszuständen aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der rotierenden Teilströmungen, zumindest die radial äußerste Teilströmung, zusätzlich radial nach außen abgelenkt wird, so daß eine dicht über die den Brennstoffeintritt umfassende Wand (Stirnwand) des Verbrennungsraumes strömende Sekundärluft-Strömung erhalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Strömungsprofils unmittelbar hinter dem Eintritt der Brennstoffemulsion in den Verbrennungsraum ein Unterdruck von etwa 400 bis 600 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck aufgebaut wird, so daß etwa 10 bis 30 % vorzugsweise etwa 20 %, der heißen Verbrennungsgase zum Brennstoffeintritt zurückströmen und daß im Bereich der Eintrittsebene außerhalb des Brennstoff-Strömungsprofils ein Unterdruck von etwa 40 bis 50 mm Wassersäule im Verhältnis zum Atmosphärendruck aufgebaut wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) benachbarte bzw. nächstliegende Luftströmung ("primäre Primärluft") in einer sich etwa senkrecht zur Achse des Brennstoff-Eintritts (Eintrittsöffnung 10) erstreckenden Ebene in den Verbrennungsraum eingeleitet bzw. eingeblasen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung der dem Brennstoff-Eintritt (Brennstoff-Eintrittsöffnunge 10) benachbarten Luftströmung ("primäre Primärluft") in einem Winkel von etwa 10 bis 30 Grad, vorzugsweise 15 Grad, zur Radialen erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radial weiter außen liegende Gasströmung ("sekundäre Primärluft") so gerichtet wird, daß ein auf das Brennstoff-Strömungsprofil, das hohlkegelförmig ausgebildet ist, hingerichtetes hohlkegelförmiges Luft-Strömungsprofil entsteht, das das Brennstoff-Strömungsventil zu durchdringen versucht und aufbricht.
10. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, Torf oder dergleichen, in pulverisierter Form, mit einem Verbrennungsraum, in den eine Eintrittsöffnung zum Einleiten des Brennstoffs mündet, und mit einem den Brennstoff-Eintritt konzentrisch umgebenden Lufteintritt, der die Luftströmung in Rotation versetzende Drallelemente umfaßt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Lufteintritt als Register mit mehreren konzentrischen Lufteintrittsöffnungen (12, 14, 16, 18, 20) ausgebildet ist, wobei jeder Lufteintrittsöffnung Drallelemente (Leitschaufeln bzw. Leitbleche 24, 26, 28, 30, 32) zugeordnet und die Ringspaltweite der beiden dem Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) nächst gelegenen Lufteintrittsöffnungen (12, 14) regelbar sind, während die übrigen, vom Brennstoff- Eintritt (Eintrittsöffnung 10) radial etwas weiter entfernt liegenden Lufteintrittsöffnungen (16, 18, 20) individuell- verschließbar bzw. öffenbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) ein Ringdüsen-Mundstück (38) umfaßt, das längs der Achse (40) der Eintrittsöffnung verschiebbar ist, insbesondere sich jedoch in einer Lage befindet, in der die Eintrittsöffnung gegenüber der zugeordneten Stirnwand (42) des Verbrennungsraumes (22) zurückversetzt bzw. vertieft angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der etwa ringförmigen Brennstoff-Eintrittsöffnung ein Anschluß an eine einstellbare Einrichtung zur Absaugung von Luft (Unterdruckquelle) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche innerhalb der etwa ringförmigen Brennstoff-Eintrittsöffnung entweder eben ausgebildet oder mit einer etwa ringförmigen Rinne (44) zur Unterstützung der Umlenkung der rezirkulierenden Verbrennungsgase und unverbrannter Brennstoffpartikel versehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltweite der Brennstoff-Eintrittsöffnung (10) ebenso wie die Ringspaltweite der beiden der Brennstoff-Eintrittsöffnung (10) nächst gelegenen Lufteintrittsöffnungen (12, 14) jeweils durch Veränderung der Relativlage der die Eintrittsöffnungen begrenzenden Seitenwandungen (46, 48 bzw. 46', 48' bzw. 46'', 48") veränderbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltweite der beiden dem Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) nächst gelegenen Lufteintrittsöffnungen (12, 14) in gleicher Weise veränderbar sind, nämlich durch Verschiebung eines die beiden benachbarten Seitenwandungen (48', 46'') der beiden Lufteintrittsöffnungen (12, 14) umfassenden Ringmundstücks (78) in Richtung der Achse (40) der Brennstoff-Eintrittsöffnung, wobei das Ringmundstück (78) vorzugsweise Teil des die beiden der Brennstoff-Eintrittsöffnung nächst gelegenen Teil-Luftströmungen voneinander trennenden Rohr- oder dergleichen -Mantels (80) ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) nächst gelegene bzw. unmittelbar benachbarte Lufteintrittsöffnung (12') in einer sich etwa senkrecht zur Achse (40) des Brennstoff-Eintritts (Eintrittsöffnung 10) erstreckenden Ebene (49) liegt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) nächst gelegene Lufteintrittsöffnung (12') mehrere, mindestens drei, vorzugsweise 12, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Eintrittsbohrungen (47) umfaßt, deren Mittelachsen mit der Radialen jeweils einen Winkel von etwa 10 bis 30 Grad, vorzugsweise 15 Grad, einschließen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) nächst gelegene Lufteintrittsöffnung (12') eine Ringöffnung aufweist, die mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Leitschaufeln bzw. Leitbleche umfaßt, die mit der Radialen jeweils einen Winkel von etwa 10 bis 30 Grad, vorzugsweise 15 Grad, einschließen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) unmittelbar benachbarte bzw. nächst gelegene Lufteintrittsöffnung (12 bzw. 12') versenkt in der Stirnwand (42) des Verbrennungsraumes (22) angeordnet ist, vorzugsweise jedoch weniger weit versenkt als der zentrale Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10).
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber dem zentralen Brennstoff-Eintritt (Eintrittsöffnung 10) zweitnächste Lufteintrittsöffnung (14) so gerichtet ist, daß die entsprechende Luftströmung (34) ein zum vorzugsweise hohlkegelförmigen Strömungsprofil (36) der Brennstoff-Emulsion hireerichtetes ebenfalls etwa hohlkegelförmiges Strömungsprofil annimmt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des hohlkegelförmigen Luft-Strömungsprofils (34) etwa 40 bis 100 Grad, vorzugsweise etwa 80 Grad, beträgt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Lufteintrittsöffnungen (12', 14) veränderbar ist, vorzugsweise synchron vergrößerbar oder reduzierbar ist.
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