DE102005001907A1

DE102005001907A1 - Verfahren und Anlage zur Verbrennung eines Brennstoffs

Info

Publication number: DE102005001907A1
Application number: DE200510001907
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Cossmann; Hans-Ulrich Dr. Thierbach
Original assignee: Steinmueller Engineering GmbH
Current assignee: Steinmueller Engineering GmbH
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-15
Also published as: DE102005001907B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff in einer Feuerungsanlage mit einem Feuerraum (2), mindestens einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner (6; 7; 8) in einer Brennerfrontwand (1) des Feuerraums und einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums, bei dem der Brennstoff und eine unterstöchiometrische Luftmenge über den Brenner und die übrige Menge der Verbrennungsluftmenge direkt dem Feuerraum zugeführt werden und gegebenenfalls ein Teil der restlichen Verbrennungsluftmenge oberhalb des Brennerbereichs in den Feuerraum eingeblasen wird, ist zur Verbesserung der Sauerstoffversorgung der einzelnen Flamme und damit des Ausbrands vorgesehen, dass die übrige Menge der Verbrennungsluft dem Brenner in Gegenstromrichtung als Gegenluft (GL) zu der über den Brenner (6; 7; 8) eingeblasenen Luft zugeführt wird. Die Gegenluftzufuhr erfolgt vorzugsweise, bezogen auf den Brenner, seitlich und/oder höhenversetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff in einer Feuerungsanlage mit einem Feuerraum mit mindesten einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner in einer Brennerfrontwand des Feuerraums und einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums, bei dem der Brennstoff und eine unterstöchiometrische Luftmenge über den Brenner und die übrige Menge der Verbrennungsluftmenge direkt dem Feuerraum zugeführt werden und gegebenenfalls ein Teil der restlichen Verbrennungsluftmenge zwischen dem Brennerbereich und dem Rauchgasauslaß in den Feuerraum eingeblasen wird.

Ein solches Verfahren zum Verbrennen eines fließfähigen Brennstoffs in stückiger, flüssiger, gasförmiger oder staubförmiger Form, wie z.B. Kohlenstaub, in einer Frontfeuerung mit mehreren Brennern ist aus der DE 34 03 981 C2 , Sp.3, Z.26–32 bekannt.

Der unterstöchiometrische Teil der Verbrennungsluft wird bei den üblicherweise eingesetzten Strahlbrennern als Primärluft (Transportluft für den Brennstoff) und als Sekundär- oder Mantelluft und gegebenenfalls als Tertiärluft zugeführt, wie dies z.B. in der DE 36 21 347 C2 beschrieben ist.. Bei dem bekannten Verfahrer wird die übrige Menge der Verbrennungsluft derart zugeführt, dass sie auf dem Wege zum Feuerraumauslaß den Feuerraumbereich passieren muß, in dem die Brenner angeordnet sind, und dass sie dort im wesentlichen im Bereich der Spitzen der aus den Brennern austretenden Flammen strömt. Die übrige Menge der Verbrennungsluft kann durch Luftzuführungen in der Schräge des den Feuerraum nach unten hin abschließenden Trichters, in dem geraden Wandteil des Feuerraums unterhalb der Brenner oder an der Unterkante des Trichters zugeführt werden. Der Ort des Einbaus der Luftzuführungen und der Geschwindigkeit, mit der die Luft eingeblasen wird, sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Luftstrahlen den Bereich einer in der Längsachse de Feuerraums liegenden und zu den Feuerraumwänden parallelen Ebene erreichen und erst dort mit den Enden der Flammen zusammentreffen, d.h. in diese im wesentlichen senkrecht von unten einströmen.

Die übrige Menge der Verbrennungsluft wird bei dem bekannten Verfahren dem einzelnen Brenner nicht individuell zugeordnet, so daß es zu einer ungleichmäßigen Sauerstoffversorgung der einzelnen Brenner, insbesondere am Flammende, kommt. Es erfolgt auch eine schlechtere Mischung und Vergleichmäßigung der aus den einzelnen Flammen abströmenden Rauchgase. Der Ausbrand in der einzelnen Flamme ist nicht ausreichend.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren derart zu verbessern, dass die Sauerstoffversorgung der einzelnen Flamme und damit der Ausbrand verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass die übrige Menge der Verbrennungsluft dem Brenner in Gegenstromrichtung als Gegenluft zu der über den Brenner eingeblasenen Luft zugeführt wird.

Die für den einzelnen Brenner jeweils erforderliche übrige Menge an Verbrennungsluft wird also dem Brenner bzw. bei mehreren Brennern in einer Brennerebene der einzelnen Brennerebene direkt zugeordnet. Die Gegenluftströmung vergleichmäßigt bei mehreren Brennern in einer Brennerebene die Verteilung der Luft in der Brennerebene und sorgt für eine homogenen Durchmischen der Rauchgase im Abströmbereich der Flammen. Es kommt zur Ausbildung einer sekundären Flamme stromab der dem Brenner zugeordneten Primärflamme, was zur einer Vergleichmäßigung der Wärmefreisetzung und zu einer Verbesserung der Verbrennung führt.

Durch die Stufung der Verbrennungsluft (Brennerluft und Gegenluf) an dem Brenner tritt auch eine NOx – Reduzierung auf.

Um die Ausbildung der Sekundärflamme zu verbessern, wird Gegenluft vorzugsweise bezogen auf den Brenner seitlich versetzt eingeblasen.

Da die Flamme des Brenners in Richtung der abströmenden Rauchgase nach oben umgelenkt wird, ist es von Vorteil, wenn die Gegenluft bezogen auf den Brenner höhenversetzt eingeblasen wird, um die weitere Verbrennungsluft der Flammenspitze zuzuführen.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Feuerraum einschließlich mindestens einer Brennerfrontwand und einer dieser gegenüberliegenden Rückwand, mindestens einem in der Brennerfrontwand angeordneten und senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner für das Einblasen von Brennnstoff und Luft in unterstöchiometrischer Menge in den Feuerraum, einem Auslaß für Rauchgas am oberen Ende des Feuerraums und mindestens einem Einlaß für weitere Verbrennungsluft in den Feuerraum.

Die Feuerungsanlage ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückwand mindestens eine dem Brenner zugeordnete Gegenluftdüse angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Gegenluftdüse bezogen auf den Brenner seitlich versetzt in der Rückwand angeordnet und/oder ist die Gegenluftdüse bezogen auf den Brenner höhenversetzt in der Rückwand angeordnet.

Bei vielen Frontfeuerungen sind in mindestens einer Horizontalebene des Feuerraums mehre Brenner auf Abstand nebeneinander angeordnet (Vgl. DE 36 21 347 C2 ). Dann ist es zweckmäßig, dass in der Rückwand in mindestens einer Horizontalebene mehrere Gegenluftdüsen angeordnet sind.

Die Anzahl der Gegenluftdüsen in einer Ebenen muß nicht der Anzahl der Brenner in einer Ebene entsprechen. Es kann z.B. für ein Brennerpaar in der Brennerebene nur eine den beiden Brenner zugeordnete Gegenluftdüse vorgesehen sein. Auch ist es möglich, dass bei n Brennern in einer Brennerebene in der zugeordneten Gegenluftdüsenebene n + 1 vorgesehen sind.

Die Ansprüche 8–10 richten sich auf weitere Ausgestaltungen der Feuerungsanlage.

Die Erfindung ist nachstehend beispielsweise anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 einen schematischen Vertikalschnitt durch den Feuerraum einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Frontfeuerungsanlage,
2 einen Horizontalschnitt durch den Feuerraum einer erfindungsgemäßen Frontfeuerungsanlage nach 1 längs der Linie I-I in 1,
3 eine isometrische Darstellung des Feuerraums und
4 eine Ansicht auf die Brennerfrontwand bzw. Rückwand des Feuerraums.
In der Brennerfrontwand 1 des Feuerraums 2 mit einem Rauchgasauslaß 2a an seinem oberen Ende sind in drei übereinander liegenden horizontalen Ebenen 3, 4, und 5 jeweils drei Brenner 6, 7 bzw. 8 (n Brenner) angeordnet, über die fließfähiger Brennstoff, z.B. Kohlenstaub, und eine unterstöchiometrische Menge an Verbrennungsluft zugeführt werden. Die Brenner sind als Strahlbrenner, vorzugsweise als Rundbrenner, ausgebildet.
In der der Brennerfrontwand 2 gegenüberliegenden Rückwand 9 sind in drei übereinander liegenden Ebenen 10, 11 und 12 jeweils vier Gegenluftdüsen 13, 14 bzw. 15 (n + 1 Gegenluftdüsen) angeordnet, aus denen Gegenluftstrahlen GL austreten. Die Ebenen 10, 11 und 12 sind gegenüber den zugeordneten Brennerebenen 3, 4 bzw. 5 nach oben derart höhenversetzt, dass die nach oben durch die Rauchgase umgelenkten Gegensluftstrahlen 14a, 15a und 15a in angepaßter Höhenlage zwischen die vorderen Enden der nach oben umgelenkten Flammen 6a, 7a und 8a der Brenner 6, 7, 8 treten können. Die je vier Gegenluftdüsen z.B. 13 einer Ebene z.B. 10 sind bezogen auf die Lage der ihnen zugeordneten Brenner z.B. 6 seitlich versetzt derart, dass die Strahlen der beiden innen liegenden Gegenluftdüsen zwischen zwei Flammen eintreten können und die beiden außenliegenden Gegenluftsstrahlen seitlich zu den beiden außenliegenden Flammen ausströmen.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, bilden sich an jedem Brenner eine Primärflamme PF und unter dem Einfluß der Gegenluftstrahlen GL eine Sekundärflamme SF mit Rückströmung von Gegenluft aus, wodurch eine Vergleichmäßigung der Wärmefreisetzung erreicht wird. Es wird ein gleichmäßiges vergleichsweise niedriges Temperaturprofil vor den auf den Brennerbereich folgenden Konvektivheizflächen aufgrund der intensiveren Verbrennung im Brennerbereich mit hoher Wärmeaufnahme und guter Mischung in den einzelnen Brennerebenen erreicht.
Die Gegenluftdüsen 13, 14 und 15 in ihrer Zuordnung zu den Brennern 3, 4 und 5 vergleichmäßigen die Verteilung der Luft in den vorstehend beschriebenen Brennerebenen und sorgen für eine homogene Durchmischung der Rauchgase im Abströmbereich der Flammen, wodurch eine Optimierung des Ausbrands erreicht wird. Durch die Stufung der Verbrennungsluft (Brennerluft und Gegenluf) in jeder Brennerebene tritt auch eine NOx – Reduzierung auf.
Weiterhin bilden sich in den Wandbereichen der die Feueraumfrontwand 1 und die Feuerraumrückwand 9 verbindenden Seitenwände 16 und 17 mit Sauerstoff angereicherte Gasschleier LS1 und LS2 aus. Der von einer Primärflamme PS ausgebildete Gasschleier LS1 alleine würde die Seitenwand nicht in ausreichender Weise schützen. Durch die Sauerstoffanreicherung in den wandnahen Zonen wird die Verschmutzungsneigung im Seitenwandbereich (aber auch im Rückwandbereich über Gasschleier LS3) reduziert.
Oberhalb des Brennerbereichs sind in der Brennerfrontwand 1 fünf Ausbrandluftdüsen 18 und in der Rückwand 9 vier Ausbrandluftdüsen 19 für Ausbrandluft ABL angeordnet, wobei die Ebene der Ausbrandluftdüsen 19 höher liegt als die Ebene der Ausbrandluftdüsen 18. Die Düsen 18 sind gegenüber den Düsen 19 seitlich versetzt und die Düsen 19 liegen in den Vertikalebenen der Gegenluftdüsen 13; 14; 15 für das Einblasen der Gegenluft GL. Die Zufuhr von Ausbrandluft ABL ist nicht unbedingt erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Frontfeuerungsanlage können auch bei bereits bestehenden Anlagen verwirklicht werden, indem ein Teil der über den Brenner oder die Brenner zugeführten Verbrennungsluft gesperrt wird und diese Luft über nachzurüstende Gegenluftdüsen in den Feuerraum eingeblasen wird.

Claims

Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff in einer Feuerungsanlage mit einem Feuerraum mit mindesten einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner in einer Brennerfrontwand des Feuerraums und einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums, bei dem der Brennstoff und eine unterstöchiometrische Luftmenge über den Brenner und die übrige Menge der Verbrennungsluftmenge direkt dem Feuerraum zugeführt werden und gegebenenfalls ein Teil der restlichen Verbrennungsluftmenge zwischen dem Brennerbereich und dem Rauchgasauslaß in den Feuerraum eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die übrige Menge der Verbrennungsluft dem Brenner in Gegenstromrichtung als Gegenluft zu der über den Brenner eingeblasenen Luft zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenluft bezogen auf den Brenner seitlich versetzt eingeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenluft bezogen auf den Brenner höhenversetzt eingeblasen wird.
Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–3 mit einem Feuerraum (2) einschließlich mindestens einer Brennerfrontwand (1) und einer dieser gegenüberliegenden Rückwand (9), mindestens einem in der Brennerfrontwand angeordneten und senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner (6; 7; 8) für das Einblasen von Brennnstoff und Luft in unterstöchiometrischer Menge in den Feuerraum, einem Auslaß für Rauchgas am oberen Ende des Feuerraums und mindestens einem Einlaß für weitere Verbrennungsluft in den Feuerraum, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückwand (9) mindestens eine dem Brenner (6; 7; 8) zugeordnete Gegenluftdüse (13; 14; 15) angeordnet ist.
Feuerungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenluftdüse (13; 14; 15) bezogen auf den Brenner (6; 7; 8) seitlich versetzt in der Rückwand (9) angeordnet ist.
Feuerungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenluftdüse (13; 14; 15) bezogen auf den Brenner (6; 7; 8) höhenversetzt in der Rückwand (9) angeordnet ist.
Feuerungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nebeneinanderanordnung von mehreren Brennern (6) auf Abstand in mindestens einer Horizontalebene (3) der Brennernfrontwand (1) in der Rückwand (9) in mindestens einer Horizontalebene (10) Gegenluftdüsen (13) angeordnet sind.
Feuerungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalebene (10) der Gegenluftdüsen (13) höher liegt als die Horizontalebene (3) der zugeordneten Brenner (6).
Feuerungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenluftdüsen (13) bezogen auf die Brenner (6) seitlich versetzt angeordnet sind.
Feuerungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Brenner (6; 7; 8) mindestens eine Ausbrandluftdüse (18; 19) in der Brennerfrontwand (1) oder der Rückwand (9) angeordnet ist.