DE3206074C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für staubförmige, gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Einsatz von staubförmigen Brennstoffen, in erster Linie Steinkohlestaub, der sich in einer den Flammen von flüssi­ gen und gasförmigen Brennstoffen ähnlichen Flamme verbrennen läßt, beschränkte sich bislang im wesentlichen auf Großfeuerungen mit weitgehend stationären Feuerungsbedingungen, insbesondere für Kraftwerke und im Bereich der industriellen Prozeßwärme für die Drehöfen der Zementindustrie. Es besteht jedoch ein zunehmender Bedarf an Staubfeuerungen für Anwendungsbereiche mit mittlerer Feuerungsleistung, beispielsweise bei Glüh- und Schmelzöfen der Metallindustrie, Brennöfen für keramische Erzeugnisse, Schmelz­ öfen für Hohl- und Flachgas oder Apparaten zur thermischen Be­ handlung. Diese neuen Anwendungsbereiche erfordern außerordent­ lich flexible Brenner, die auch unter stark variierenden Lastbe­ dingungen eine Flamme mit definiertem Zünd- und Ausbrennverhalten (Flammenform) ergeben müssen. Staubflammen haben zudem einen an­ deren Zünd- und Ausbrenn-Mechanismus als Flammen aus flüssigen und gasförmigen Brennstoffen, so daß nicht auf die ausgereifte Brennertechnik für flüssige und gasförmige Brennstoffe zurückge­ griffen werden kann.

Normalerweise wird einem Staubbrenner der Brennstaub im Gemisch mit einer geringen Menge Förderluft als verhältnismäßig kompakter Strahl zugeführt. Dieser Strahl muß zunächst zündfähig aufbereitet werden, d. h. er muß aufgeheizt und mit Verbrennungs­ luft durchmischt werden. Bei der Aufbereitung erfolgt zuerst ein Ausgasen der im Brennstoffmaterial enthaltenen flüchtigen Be­ standteile. Sobald eine ausreichend hohe Temperatur erreicht ist, zünden und verbrennen dann diese flüchtigen Bestandteile, und da­ nach erfolgt der Ausbrand der brennbaren festen Bestandteile. Ein derartiger Zünd- und Ausbrenn-Mechanismus hängt einerseits von der Teilchengröße des Brennstaubes ab (kleinere Teilchen werden schneller aufgeheizt) und andererseits von dem Brennstaubmaterial selbst, denn die Gehalte an flüchtigen Bestandteilen, Wasser und Asche weisen bei den verschiedenen Kohlearten eine erhebliche Bandbreite auf.

Die Aufbereitung und Zündung des Brennstoffstrahls er­ folgt (entweder nur unter den thermischen Bedingungen im Verbren­ nungsraum oder mit Unterstützung durch Öl oder Gas als Stütz­ brennstoff) dadurch, daß die im Verbrennungsraum vorhandenen hei­ ßen Gase zur Brennermündung hin rezirkulieren und in den Brenn­ stoffstrahl eindringen.

Die mit Aufbereitung und Zündung des Brennstoffstrahls im Verbrennungsraum arbeitenden Brenner sind für variable Anfor­ derungen nicht geeignet, weil sich dann der Zündvorgang nicht mehr stabil halten läßt. Außerdem verbietet sich in vielen Berei­ chen der industriellen Prozeßwärme auch eine mit stärkerer Auffä­ cherung des Brennstoffstrahls einhergehende Zündstabilisierung, denn der radiale Teilchenaustrag kann Verschmutzungen des Produk­ tes verursachen und Probleme im Verbrennungsraum ergeben. So wer­ den in heißen Verbrennungsräumen mit Temperaturen oberhalb etwa 1100°C die ausgetragenen Ascheteilchen weich oder sogar flüssig und führen zu Anbackungen und Korrosionserscheinungen. In weniger heißen Verbrennungsräumen bleiben die ausgetragenen Ascheteilchen zwar noch ausreichend fest, aber die ausgetragenen Staubteilchen zünden nicht mehr bzw. erlöschen vor dem vollständigen Ausbrand, was in jedem Fall einen Brennstoff-Verlust bedeutet. Erwünscht ist daher ein Brenner mit langer schlanker Flammenform mit mög­ lichst geringem Austrag von Teilchen nach außen, bei dem der Brennstoffstrahl nicht erst im Verbrennungsraum, sondern bereits in einer besonderen, der Brennermündung vorgeschalteten Zündkam­ mer gezündet wird. Ein derartiger Brenner ist von F. Schoppe in der Broschüre "Berechnung von Brennern, Brennkammern und ähnlichen Strömungsapparaten", Verlag A. W. Gentner KG Stuttgart (1964), Seiten 37-46 beschrieben worden. Dieser gattungsgemäße Brenner, der wahlweise mit den drei Brennstoffarten betreibbar ist, wird auch als geeignet zum kombinierten Betrieb mit diesen Brennstoffen angesehen. Die Zündkammer hat dabei eine sich ko­ nisch erweiternde Wandung, die in ein in den Verbrennungsraum führendes sich verengendes Austrittsrohr übergeht. Zentral in der Kammerwandung ist die Mündung eines Rohres zur Zufuhr des Brenn­ stoffstrahles angeordnet, und diese Mündung ist von einem Luft­ einlaß (als Ringspalt) umgeben, über den die Verbrennungsluft in Form einer Drallströmung in die Zündkammer eingeleitet wird, um nahe der Strahlwurzel ein Unterdruckgebiet zu erzeugen.

Im Betrieb strömt die Drallströmung entlang der Kammer­ wandung zum Kammerende hin, wo sie sich in zwei Strömungsteile aufteilt. Der wandnahe Strömungsteil gelangt über das Austritts­ rohr in den Verbrennungsraum, während der restliche Teil infolge des Unterdruckgebiets in einer Rezirkulationsströmung, also in entgegengesetzter Strömungsrichtung, am Brennstoffstrahl entlang zur Strahlwurzel zurückgeführt wird. Dadurch werden die heißen Gase, die sich durch die in der Zündkammer ablaufenden Verbren­ nungsvorgänge ergeben, zur Strahlwurzel transportiert, so daß schon kurz hinter der Mündung des Brennstoffrohres eine Aufberei­ tung und Zündung der äußeren Randzone des Brennstoffstrahls be­ ginnt, die sich dann - weil sich zwischen dem Brennstoffstrahl und der entgegengesetzt gerichteten Rezirkulationsströmung Wirbel bilden - verhältnismäßig rasch in das Innere des Brennstoff­ strahls fortsetzt.

Dieser Brenner hat einige wesentliche Nachteile, die ihn zum Betrieb bei mittleren Leistungen und insbesondere im Be­ reich der industriellen Prozeßwärme für staubförmigen Brennstoff ungeeignet machen. Da die gesamte Verbrennungsluft als Drallströ­ mung in die Zündkammer eingeführt werden muß, tritt in der Zünd­ kammer nicht nur eine Zündung, sondern auch bereits eine weitge­ hende Verbrennung des Brennstaubes ein, so daß nur noch eine kur­ ze Flamme aus nahezu ausgebranntem Brennstaub die Brennermündung verläßt. Der Brennstoffstrahl wird dabei bereits in der Zündkam­ mer fast vollständig aufgelöst, wodurch in erheblichem Umfang Ascheteilchen zur Kammerwand getragen werden. Wenn die Brenner­ leistung nicht ausreichend klein ist, ergeben sich in der Zünd­ kammer so hohe Temperaturen, daß diese Ascheteilchen flüssig oder zähflüssig werden und zu Anbackungen führen können. Außerdem ge­ langt in jedem Fall ein Teil der Drallströmung in den Verbren­ nungsraum und verursacht dort einen radialen Austrag von Asche- und Brennstaubteilchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der eine stabile Zündzone im Bereich der Mündung der Brennstoffzuführung aufweist, gute Regel­ eigenschaften besitzt, und dessen Flamme einen geringen radialen Austrag von Brennstoff- und Ascheteilchen ergibt.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht auf der konsequenten Ausnutzung der Erkenntnis, daß ein mit einer Zündkammer ausgerüsteter Bren­ ner vom Prinzip her für variable Anforderungen auch bei mittleren Leistungen und insbesondere im Bereich der industriellen Prozeß­ wärme unter Verwendung staubförmigen Brennstoffes einsetzbar sein müßte, wenn es gelingt, die bisherigen Nachteile dieses Brenner­ typs zu überwinden. Überraschend wurde gefunden, daß diese Nach­ teile tatsächlich durch ein günstiges Zusammenwirken mehrerer Maßnahmen vollständig beseitigt werden können, nämlich - kurz gesagt - dadurch, daß die Zündkammer mit unterstöchiometrischer Verbrennungsluftmenge betrieben wird und die Einleitung dieser Verbrennungsluftmenge in bestimmter Weise über zwei Einlässe er­ folgt.

Im Betrieb des Brenners bildet der als Dralluft über den ersten Einlaß in die Zündkammer eingespeiste Verbrennungs­ luftanteil um den Brennstoffstrahl herum ein Unterdruckgebiet aus, welches dazu führt, daß der Brennstoffstrahl etwas aufgefä­ chert wird, und daß zugleich eine heiße Rezirkulationsströmung zur Strahlwurzel zurückströmt. Diese Ausbildung eines Unterdruck­ gebietes wird dabei von dem weiteren Verbrennungsluftstrahl, der über den zweiten Einlaß zugeführt wird und den Brennstoffstrahl ringförmig umgibt, so unterstützt, daß bereits eine geringe Menge an Dralluft zur stabilen Zündung des Brennstoffstrahls ausreicht, indem der über den zweiten Einlaß zugeführte zweite Verbrennungs­ luftstrom bewirkt, daß die Drallströmung besser in die Rezirku­ lationsströmung übergeht und weniger stark mit ihrem wandnahen Teil durch das Austrittsrohr hindurch abströmt. Außerdem sorgt sie dafür, daß dieser Übergang innerhalb einer definierten und vorbestimmbaren Querschnittszone der Zündkammer erfolgt, also die axiale Länge des Rezirkulationsbereiches je nach Bedarf beein­ flußt werden kann. Weiterhin baut sie im Austrittsrohr die Drall­ strömung der Dralluft sowie einen im Brennstoffstrahl vorhandenen Drall (der durch einen besonderen Drallerzeuger und/oder durch Einwirkung der Dralluft entstanden sein kann) ganz oder zumindest weitgehend ab, so daß die Brennstoffteilchen spätestens an der Brennermündung in eine überwiegend axiale Strömungsrichtung ge­ bracht werden. Dazu kann es in einzelnen Fällen zweckmäßig sein, die weitere Verbrennungsluft mit einem Gegendrall zu versehen. Im übrigen kühlt die weitere Verbrennungsluft das Austrittsrohr und verhindert, daß sich darin Rückstände, insbesondere geschmolzene Ascheteilchen absetzen können.

Für die Erfindung ist es wichtig, daß der Brennstoff­ strahl innerhalb der Zündkammer nur unwesentlich aufgelöst wird und der radiale Teilchenaustrag innerhalb der Zündkammer entspre­ chend gering ist. Weiterhin steht dem Brennstoffstrahl auch nur eine zwar zur Zündung und beginnenden Verbrennung, aber nicht mehr zur weitergehenden Verbrennung ausreichende Luftmenge zur Verfügung, was die Folge hat, daß der Ausbrand des Brennstoff­ strahls hauptsächlich im Verbrennungsraum stattfindet und die Zündkammer entsprechend kühler bleibt.

Insgesamt ergibt somit das Zusammenwirken der erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen einen innerhalb weiter Grenzen variablen und flexiblen Brenner, der auch bei mittleren Leistungen unter Verwendung staubförmiger Brennstoffe frei von störenden Aschean­ backungen betrieben werden kann, und der einen drallfreien und vollständig durchgezündeten Brennstoffstrahl mit weitgehend axia­ ler Strömungsrichtung abgibt, welcher - abhängig jeweils vom ein­ gesetzten Brennstoff und den geforderten Betriebsbedingungen - an der Brennermündung eine Temperatur von etwa 700 bis 1200°C ange­ nommen hat. Damit ist in jedem Verbrennungsraum - ob heiß oder weniger heiß - ein stabiler Ausbrand des Brennstoffstrahls mit langer schlanker Flammenform gewährleistet.

Durch die Erfindung wird die Anwendbarkeit des Brenners als Kohlenstoffbrenner erheblich erweitert, weil durch die Be­ schränkung der Zündung auf einen definierten Bereich in der Kam­ mer einerseits und durch die steuerbare Zuführung eines begrenz­ ten weiteren Verbrennungsluftanteils in die Kammer andererseits im Zündbereich Temperaturbedingungen geschaffen werden können, die einen Einsatz auch bei hohen Ofentemperaturen ermöglichen, wie sie beispielsweise in der Glasindustrie erforderlich sind, ohne daß die bei diesen hohen Temperaturen drohende Verschlackung des Brenners eintritt.

Der erfindungsgemäße Brenner kann auch anderweitig ein­ gesetzt werden, beispielsweise an Dampf- und Heißwasserkesseln, Heißgaserzeugern, Industrieöfen der Kalk-, Keramik- und Gipsin­ dustrie.

Als Brennstoffe kommen einzeln oder kombiniert Kohlen­ staub, Holzstaub, Klärschlammstaub, Gas und Öl in Frage.

Aus der CH-PS 3 92 746 ist es an einem Ölbrenner bereits bekannt, stromab von der Brennstoffmündung in einen Ölvergasungs­ topf Luft über in Umfangsrichtung geneigte Öffnungen sowie über geneigte Schaufeln und einen anschließenden Ringspalt zwischen dem Topf und einer konischen Einziehung einzuführen. Diese Maß­ nahme, die zur Ausbildung eines rotierenden ringförmigen Wirbels heißer Gase in dem Topf führt, dient hier lediglich zur Stabili­ sierung der Flamme.

Zahlreiche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bren­ ners sind in den Unteransprüchen definiert.

In der nachfolgenden Beschreibung einzelner Ausfüh­ rungsformen wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind gleiche oder funktionsmäßig gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es stellt dar

Fig. 1 im Längsschnitt einen Brenner für staubförmi­ gen Brennstoff als Hauptbrennstoff und gas­ förmigen Stützbrennstoff;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Brenner in der Ebene A-A der Fig. 1;

Fig. 3 im Längsschnitt einen Brenner mit einer ande­ ren Ausgestaltung des Einlasses für die weitere Verbrennungsluft;

Fig. 4 im Längsschnitt einen Brenner mit einer ande­ ren Ausgestaltung des Einlasses für die Dralluft;

Fig. 5 im Längsschnitt eine gegenüber Fig. 4 abge­ wandelte Ausführungsform des Brenners;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Brenner in der Ebene A′-A′ der Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Aus­ führungsform eines Brenners für staubförmigen Brennstoff als Hauptbrennstoff und gasförmi­ gen Stützbrennstoff;

Fig. 8 einen Querschnitt des Brenners in der Ebene B-B der Fig. 7;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Brenner für staubförmigen Brennstoff und gasförmigen Stützbrennstoff mit zentraler Zuführung des Stützgases;

Fig. 10 einen Längsschnitt durch die Zündkammer mit einer Verbindung von Wandung und Leitfläche;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch einen Brenner für staubförmigen Brennstoff als Hauptbrennstoff und flüssigen Brennstoff mit Druckluftzer­ stäubung als Stützbrennstoff;

Fig. 12 einen Querschnitt des Brenners in der Ebene B′-B′ in Fig. 11;

Fig. 13 einen Längsschnitt durch einen Brenner für flüssigen Brennstoff mit Drallzerstäubung;

Fig. 14 einen Längsschnitt durch einen anderen Bren­ ner für flüssigen Brennstoff mit Drallzer­ stäubung;

Fig. 15 einen Längsschnitt durch einen weiteren Bren­ ner für flüssigen Brennstoff mit Drall- und Luftzerstäubung.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel wird durch ein zentrales Brennstoffzuführungsrohr 1 ein staubförmiger Brennstoff aus der Mündung des Rohres 1 in eine Zündkammer 20 geleitet, wobei im Rohr 1 eine Dralleinrichtung 24 angeordnet ist, die dem Brennstoff eine Drallströmung um die Achse des Rohres 1 verleiht. Konzentrisch zum Rohr 1 ist ein Rohr 2 angeordnet, das mit dem Rohr 1 einen Ringraum bildet, durch den ein gasförmiger Stützbrennstoff (Stützgas) in die Kammer 20 ge­ leitet wird. Konzentrisch zum Rohr 2 ist ein Rohr 3 angeordnet, das mit dem Rohr 2 einen Ringraum bildet und stirnseitig abge­ schlossen ist, wobei vor dem stirnseitigen Abschluß in einem Flansch Bohrungen 5 so angebracht sind, daß in den Kanal zwischen den Rohren 2 und 3 eingeführte Verbrennungsluft tangential in einen Drallringraum 4 gelangt, aus dem die Verbrennungsluft unter Rotation um die Mittelachse des Rohres 1 in die Kammer 20 durch einen Einlaß 50 austritt. Am Außenumfang des Ringraumes 4 befin­ det sich eine die Mündung des Drallringraumes 4 in die Kammer 20 einschnürende Schwelle 22, die eine Rückströmung in den Drall­ ringraum 4 verhindern soll. An den Drallringraum 4 schließt sich außen eine gewölbte, sich im Durchmesser erweiternde Fläche an, die die Wandung 8 der Kammer 20 bildet, an der die aus dem Drall­ ringraum 4 ausströmende Verbrennungsluft als erster Luftstrom nach außen entlangströmt.

Stromabwärts von der Wandung 8 ist eine Leitfläche 17 angeordnet, die zylindrisch ausgebildet sein kann oder sich im Durchmesser erweitern oder verringern kann. Im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel verringert sich die Leitfläche 17 im Durchmesser bis auf den Durchmesser eines zylindrischen Austrittsrohres 11. Die Wandung 8 und die Leitfläche 17 umschließen die Kammer 20. Die Leitfläche 17 besitzt einen größeren maximalen Durchmesser als der größte Durchmesser der Wandung 8. Hierdurch wird zwischen der Wandung 8 und der Leitfläche 17 ein weiterer Lufteinlaß 60 gebildet, durch den ein zweiter Verbrennungsluftstrom in die Kam­ mer 20 einströmen kann. Verbrennungsluft wird durch ein äußeres Rohr 10 zugeführt, wobei ein weiterer Teil außen an der Leitflä­ che vorbeiströmt und am weiterführenden Ende 16 des Rohres 10 an dessen Mündung 49 in den Ofenraum austritt.

Fig. 3 zeigt einen Brenner, bei dem die Wandung 8 der Kammer 20 eben ausgebildet ist, und es ist durch Pfeile angedeu­ tet, wie die aus dem Einlaß 50 austretende Dralluft an der Wan­ dung entlangströmt und eine innere Rezirkulation bewirkt wird. Ein Teil der durch das äußere Rohr 10 zugeführten Verbrennungs­ luft wird über einen Löcher 29 aufweisenden Einlaß schräg in die Kammer 20 eingeführt, und in diesem Ausführungsbeispiel ist die sich an die Löcher 29 anschließende Leitfläche 61 zylindrisch ausgebildet. Es ist ersichtlich, daß die durch die Löcher 29 zu­ geführte Verbrennungsluft auf die in der Kammer bereits vorhande­ ne Drallströmung trifft und auf diese einwirkt. Dabei wirkt diese weitere Verbrennungsluft bremsend auf die Drallströmung ein, wo­ bei diese bremsende Wirkung noch dadurch unterstützt werden kann, daß in dem Rohr 10 drallerzeugende Mittel vorgesehen werden, die eine geringere Drallströmung bewirken als sie in der Kammer 20 vorhanden ist oder dieser dort vorhandenen Drallströmung entge­ genwirken, so daß an der Mündung der Leitfläche 61 der Drall weitgehend abgebaut ist. Die Zuführung der Verbrennungsluft durch die Löcher 29 erfolgt dabei so, daß die insgesamt der Kammer 20 zugeführte Verbrennungsluft, zu der auch die durch das Rohr 1 mit dem Brennstoff zugeführte Trägerluft und die aus dem Einlaß 50 austretende Dralluft zu zählen ist, weniger als 50% der Gesamt­ verbrennungsluft beträgt, so daß der Sauerstoffgehalt nur aus­ reicht, den Brennstoff in der Kammer 20 zu zünden und ausgasende Bestandteile zu verbrennen, während die Verbrennung selbst erst außerhalb der Mündung der Leitfläche 61 erfolgt. Dabei ist es auch möglich, die Einleitung der Verbrennungsluft in die Kammer 20 so zu steuern, daß mehr als 50% bis zur Gesamtmenge der Ver­ brennungsluft in die Kammer eingeführt wird, wobei jedoch der Anteil der an der Durchmischung mit dem Brennstoff beteiligten Verbrennungsluft kleiner als 50% ist, so daß mit anderen Worten der restliche Verbrennungsluftanteil ohne Einfluß auf die erste und zweite Luftströmung die Kammer 20 wieder verläßt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 erfolgt die Zuführung des Brennstoffes wiederum über das zentrale Rohr 1, wo­ bei sich an die Mündung des Rohres 1 die Wandung der Kammer 20 anschließt. Die Wandung ist hier gewölbt ausgebildet und in ein inneres Wandungsteil 8 und ein äußeres Wandungsteil 9 unterteilt. Über ein Rohr 27 wird über Bohrungen 5 Verbrennungsluft einem Drallringraum 4 zugeführt, von dem sie verdrallt aus der Mündung 50 in die Kammer austritt. Über ein das Rohr 27 konzentrisch um­ gebendes Rohr 28 wird ein weiterer Anteil von Verbrennungsluft über Bohrungen 6 in einen Drallringraum 7 eingeleitet, aus dem verdrallte Luft durch einen ringförmigen Einlaß 51 zwischen dem Wandungsteil 8 und dem Wandungsteil 9 in die Kammer 20 austritt. Durch das Rohr 10 wird über einen ringförmigen Einlaß 60 wieder ein weiterer oder der volle restliche Verbrennungsluftanteil in die Kammer 20 eingeleitet, wobei die Leitfläche 62 der Kammer sich leicht im Durchmesser erweitert. Auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist es möglich, die Länge des Rezirkulationsberei­ ches zu beeinflussen und den in der Kammer vorhandenen Drall ab­ zubauen, nachdem dieser seine Funktion erfüllt hat, wobei mittels der durch den Einlaß 60 einströmenden Verbrennungsluft die Rezir­ kulationszone in der dargestellten Weise bis zur Mündung 49 der Leitfläche 62 ausgedehnt oder bis zum Einlaß 60 zurückgedrängt werden kann. Auch hier kann die gesamte restliche Verbrennungs­ luft durch den Einlaß 60 eingeführt werden, sofern dafür gesorgt wird, daß mehr als 50% die Kammer 20 verlassen, ohne daß sie dort zur Durchmischung mit der ersten und zweiten Luftströmung beigetragen haben.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 ist wie in Fig. 4 die Wandung der Kammer 20 in ein inneres Wandungsteil 8 und ein äußeres Wandungsteil 9 unterteilt, wobei durch das Rohr 3 Verbrennungsluft zugeführt wird, die über Bohrungen 5 und 6 in den inneren Drallringraum 4 und in den äußeren Drallringraum 7 eingeleitet wird. Aus den Drallringräumen 4 und 7 strömt die Dralluft dann durch die Einlässe 50 und 51, die mit Schwellen 21, 22 versehen sind, auf die konischen Wandungsteile 8 und 9. Die Leitfläche 17 der Kammer ist hier an dem äußeren Rohr 10 ange­ bracht, durch das der weitere Anteil an Verbrennungsluft außen an dem Wandungsteil 9 vorbei in die Kammer 20 eingeleitet wird, wo­ bei drallerzeugende Mittel 18 in dem Rohr 10 vorgesehen sein kön­ nen, die der in den Einlaß 60 eingeleiteten weiteren Verbren­ nungsluft einen Drall erteilen, der geringer oder entgegengesetzt zu der Drallströmung ist, die durch die aus den Einlässen 50 und 51 austretende Dralluft gebildet wird.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 6 beste­ hen die drallerzeugenden Mittel für die aus den Einlässen 50 und 51 austretende Dralluft aus Bohrungen 5 und 6, durch die die Luft als innere und äußere Dralluft tangential in die Drallringräume 4 und 7 eingeführt wird.

Statt dessen können aber auch wie in dem äußeren Rohr 10 zur Drallerzeugung Gitter aus Leitschaufeln eingesetzt werden.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 7 und 8 dargestellt, wo den Einlässen 50 und 51 jeweils eigene Rohre 14 und 15 zuge­ ordnet sind, in denen zur Drallerzeugung Leitschaufelgitter 12 bzw. 13 angeordnet sind. Zusätzlich sind hier zum Drallabbau noch Leitkanten 23 in dem Austrittsrohr 11 vorgesehen. Durch eine außen am Austrittsrohr 11 angeordnete radiale Sperrfläche 19 kön­ nen im Weg der außen an der konischen Leitfläche 17 vorbeigeführ­ ten Verbrennungsluft noch erwünschte Turbulenzen erzeugt werden.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 5 und 6 darge­ stellten Brenners, wobei die Abwandlung im wesentlichen darin besteht, daß durch ein zentrales Rohr 25 Stützgas und durch einen konzentrischen Kanal, der zwischen dem Rohr 25 und einem Rohr 26 gebildet wird, staubförmiger Brennstoff in die Kammer 20 einge­ leitet wird. Ferner sind konzentrische Rohre 27 und 28 vorgese­ hen, um in dem am Teil 57 ausgebildeten Drallringraum 4 und dem Drallringraum 7 Dralluft zu erzeugen, die durch die Einlässe 50 und 51 austritt.

Fig. 10 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 7 und 8 dar­ gestellten Brenners. Hier ist das Wandungsteil 9 im Bereich sei­ nes größten Durchmessers mit der Leitfläche 17 verbunden, wobei der Einlaß für die weitere Verbrennungsluft durch Löcher 29 oder Schlitze 58 gebildet wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 und 12 wird im Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen in den Kanal, der durch das zentrale Rohr 1 zur Zuführung von staubför­ migem Brennstoff mit Trägerluft und einem Rohr 30 gebildet ist, anstelle von Stützgas Stützöl eingeführt. Dieser Kanal für das Stützöl ist jedoch stirnseitig geschlossen und mit radialen Öff­ nungen 31 versehen, durch die das Stützöl mit oder ohne Drall in ein weiteres koaxiales Rohr 33 eintreten kann, in das Zerstäu­ bungsluft einführbar ist, so daß das Stützöl gemeinsam mit der Zerstäubungsluft aus einem Kanal 54 durch eine Mündung 32 in die Kammer 20 austritt.

In dem Brenner können anstatt eines staubförmigen Brennstoffs auch andere Brennstoffe als Hauptbrennstoff einge­ setzt werden. Beispielsweise wäre es möglich, bei den Ausfüh­ rungsbeispielen gemäß Fig. 1, 2, 5, 6 und 7, 8 den Kernbrennstoff wegzulassen und den Brenner lediglich mit dem dann in ausreichen­ der Menge zugeführten Stützgas zu betreiben.

Es wäre aber auch möglich, gemäß Fig. 13 als Haupt­ brennstoff Öl zu verwenden und durch ein zentrales Rohr 35 über eine Dralleinrichtung 40 in die Kammer 20 einzuleiten, wobei sich an das Rohr 35 eine Austrittsdüse 41 für diesen Kernbrennstoff anschließt. In den Kanal, der durch ein das Zentralrohr 35 umge­ bendes Rohr 36 gebildet wird, wird ebenfalls Öl eingeführt, das über Bohrungen 37 tangential in eine Drallkammer 38 eingebracht wird und von dort als Drallbrennstoff in den Mündungsbereich der Austrittsdüse 41 gelangt, durch die es zusammen mit dem aus die­ ser austretenden Kernbrennstoff in eine Brennstoffdüse 39 gelangt und aus dieser in die Kammer austritt. Die Austrittsdüse 41 ist dabei axial verschiebbar in bezug auf die Brennstoffdüse 39 ge­ lagert.

Das Rohr 36 ist dabei zur Zuführung des Drallöls von einem Rohr 42 umgeben, das einen stirnseitig geschlossenen ring­ förmigen Raum bildet, in den ein Wärmeträgermedium zur Vorwärmung des Brennstoffs einführbar ist.

Bei dem in Fig. 14 dargestellten Brenner, von dem nur der innere Teil gezeigt ist, dient als Brennstoff ebenfalls Öl, das durch ein zentrales Rohr 45 eingeleitet wird. Am vorderen Ende ist das Rohr 45 mit einer Austrittsdüse 53 versehen, vor de­ ren Öffnung 46 sich die Brennstoffdüse 39 befindet. Zusammen mit dem aus der Öffnung 46 austretenden Öl als Kernbrennstoff gelangt Drallöl in die Brennstoffdüse, das durch einen Zwischenraum zwi­ schen den Rohren 16 und 45 zugeführt und durch Bohrungen 37 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 einen Drall erfährt und über die Drallkammer 38 in die Düse 39 abfließt. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel kann die Lage des Rohres 45 in bezug auf die Brennstoffdüse 39 nicht verändert werden. Statt dessen ist im Rohr 35 zentral eine Düsennadel 55 axial verschiebbar angeordnet, durch die über die konische Spitze 59 die austretende Ölmenge re­ gulierbar ist. Auch das Kernöl tritt mit Drall in die Brennstoff­ düse 39 ein. Dieser Drall wird durch eine Dralleinrichtung 48 be­ wirkt, die im Zwischenraum zwischen der Düsennadel 55 und dem Rohr 45 angeordnet ist.

Der in Fig. 15 dargestellte Brenner gleicht im Aufbau weitgehend dem Brenner gemäß Fig. 14. Wiederum wird hier Öl als Kernbrennstoff durch das mit einer Düse 53 versehene Rohr 45 in die Brennstoffdüse 39 eingeleitet. Der Brennstoffströmung wird Drallöl aus der Drallkammer 38 zugemischt, in die das Drallöl wie in Fig. 14 durch Bohrungen 37 eingeleitet wird. Im Rohr 45 ist axial verschieblich ein Rohr 43 gelagert, mit dem die Brennstoff­ zufuhr durch die Düse 53 regulierbar ist, und das an seinem vor­ deren konvergierenden Ende 47 einen Durchlaß 44 enthält, durch den Luft in die Brennstoffdüse 39 geblasen werden kann, um das Kernöl zu zerstäuben.

Claims (19)

1. Brenner für staubförmige, gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe, enthaltend eine einem der Hauptverbrennung dienenden Verbrennungsraum vorgeschaltete Zündkammer (20) mit einer sich rotationssymmetrisch im Durchmesser erweiternden stromauf in der Zündkammer befindlichen Wandung (8; 9) und einem sich daran an­ schließenden rotationssymmetrischen Austrittsrohr (17, 11; 61; 62) sowie mit einer zentral in die Zündkammer mündenden rohrför­ migen Brennstoffzuführung (1; 25; 35; 45) und einem die Mündung dieser Zuführung umgebenden Dralluft-Einlaß zur Zuführung ver­ drallter Verbrennungsluft, welche in der Zündkammer eine innere Rezirkulation erzeugt, durch die der Brennstoff mit heißen Ver­ brennungsgasen durchmischbar und auf Zündtemperatur aufheizbar ist, wobei der Zündkammer eine Zündeinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß über den Dralluft-Einlaß (50, 51) nur ein Anteil der insgesamt erforderlichen Verbrennungsluft in die Zündkammer (20) als erster Luftstrom einleitbar ist, daß im Be­ reich zwischen der Wandung (8; 9) der Kammer (20) und ihrem Austritts­ rohr (17, 11; 61; 62) stromab von der Mündung der Brennstoffzu­ führung ein weiterer Lufteinlaß (60, 29, 58) vorgesehen ist, über den ein zweiter Luftstrom in die Kammer (20) einleitbar ist, und daß die Summe des ersten und zweiten Luftstromes auf weniger als 50% der ingesamt zur stöchiometrischen Verbrennung erforderli­ chen Verbrennungsluft eingestellt ist, während die restliche Ver­ brennungsluft als dritter Luftstrom unmittelbar in den Verbren­ nungsraum einleitbar ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärts auf die sich erweiternde Wandung (8, 9) der Kammer (20) folgende Austrittsrohr (17, 11) der Kammer eine zylindrische Leitfläche (61) aufweist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Lufteinlaß (60) zwischen der Wandung (9) und der Leitfläche (17, 62) als ringförmiger Schlitz ausgebildet ist.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (17) im Durchmesser abnimmt und konisch oder ge­ wölbt ausgebildet ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (8, 9) konisch oder gewölbt ausgebildet ist.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kammer (20) in ein inneres Wandungsteil (8) und ein äußeres Wandungsteil (9) unterteilt ist, und daß sich das innere Wandungsteil an den Dralluft-Einlaß (50) anschließt und zwischen den beiden Wandungsteilen ein zusätzlicher Dralluft- Einlaß (51) angeordnet ist, wobei über beide Einlässe jeweils ein Teilstrom der insgesamt vorgesehenen Dralluft in die Kammer ein­ leitbar ist.

7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (8, 9) und die Leitfläche (17, 61) im Bereich ihrer größten Durchmesser miteinander verbunden sind, und daß im ring­ förmigen Verbindungsbereich Öffnungen (29, 58) als Einlässe für den zweiten Luftstrom angebracht sind.

8. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (8, 9) und die Leitflächen (17, 62) axial gegeneinan­ der verstellbar sind.

9. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Lufteinlaß (60, 29, 58) innerhalb eines Luftrohres (10) zur Zufuhr von Verbrennungsluft so angeordnet ist, daß ein Teil dieser Verbrennungsluft als zweiter Luftstrom in die Kammer (20) eintritt und der restliche Teil als dritter Luftstrom an der Kammer vorbei in den Verbrennungsraum strömt.

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftrohr (10), durch das der zweite Luftstrom mittels der Einlässe (60, 29, 58) in die Kammer (20) einleitbar ist, frei von drallerzeugenden Mitteln ist oder Mittel (18) zur Erzeugung einer Drallströmung aufweist, die geringer als die oder entgegengesetzt zu der in der Kammer (20) an der Wandung (8, 9) verlaufenden Drallströmung ist.

11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dralluft-Einlaß jeweils ein Drallringraum (4, 7) vorgeschaltet ist, in den Luft des ersten Luftstromes durch Bohrungen (5, 6) tangential einleitbar ist.

12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dralluft-Einlaß jeweils ein Gitter von Leitschaufeln (12, 13) vorgeschaltet ist.

13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoffzuführung ein zentrales Rohr (25) und ein dieses konzentrisch umgebendes Rohr (26) vorgesehen sind, wobei eines der Rohre zur Zuführung eines staubförmigen Brennstoffs und das andere zur Zuführung eines Stützgases dient (Fig. 9).

14. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoffzuführung ein zentrales Rohr (1) zur Zuführung eines staubförmigen Brennstoffs und zwei dieses konzentrisch umgebende Rohre (30, 33) mit einer gemeinsamen Mün­ dung (32) zur Zuführung von mit oder ohne Drall mit Zerstäubungs­ luft beaufschlagtem Stützöl vorgesehen sind (Fig. 11).

15. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoffzuführung ein zentrales Rohr (35) mit einer Austrittsdüse (41) für flüssigen Kernbrennstoff und ein dieses konzentrisch umgebendes, mit drallerzeugenden Mit­ teln (37) versehenes Rohr (36) zur Zuführung von flüssigem Drall­ brennstoff vorgesehen sind, wobei in Strömungsrichtung hinter der Austrittsdüse (41) eine Brennstoffdüse (39) so angeordnet ist, daß durch sie der Kernbrennstoff und der Drallbrennstoff gemein­ sam hindurchströmen (Fig. 13).

16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (41) und die Brennstoffdüse (39) relativ zuein­ ander verschiebbar sind.

17. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Rohr (35) Mittel (40) zur Drallerzeugung vorge­ sehen sind.

18. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Rohr (45) eine in Achsrichtung verstellbare Düsen­ nadel (55) angeordnet ist.

19. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im zentralen Rohr (45) ein in Achsrichtung verstellbares Rohr (43) angeordnet ist, durch das Zerstäubungsluft in die Brenn­ stoffdüse (39) einführbar ist.