-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff in
einer Frontfeuerungsanlage mit einem langestreckten Feuerraum mit
mindestens einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner
in einer Brennerfrontwand des Feuerraums, einer der Brennerfrontwand
gegenüberliegenden
Rückwand
und einem Rauchgasauslaß am oberen
Ende des Feuerraums, bei dem der Brennstoff und eine unterstöchiometrische
Luftmenge über den
Brenner und zumindest ein Teil der übrigen Menge der Verbrennungsluftmenge
direkt dem Feuerraum zugeführt
werden, sowie eine Frontfeuerungsanlage zur Durchführung desselben
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
-
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.
-
Bei
einer Frontfeuerungsanlage ist gemäß LAUFEN, R.: "Kraftwerke"; Springer-Verlag,
u.a. in Berlin (1984); S. 83, der mindestens eine Brenner in der
einen Wand (Frontwand) des Feuerraums angeordnet, während die
der Frontwand gegenüberliegende
Rückwand
brennerfrei ist (vgl. Bild 3.49–2). Bei
einer Gegenfeuerungsanlage, (Boxerfeuerunganlage) ist in zwei gegenüberliegenden
Wänden
des Feuerraums jeweils mindestens ein Brenner angeordnet. Die Brenner
liegen in einer Horizontalebene (vgl. Bild 3.49–3).
-
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 ebenfalls
eine Frontfeuerungsanlage betreffende
DE 36 21 347 C2 beschrieben ist. Bei dem
bekannten Verfahren 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.
-
Die
DE 695 24 416 T2 beschreibt
eine Schmelzwanne für
die Glasherstellung, bei der in gegenüberliegenden Wannenwänden Oxidationsmittel/Brennstoffbrenner
angeordnet sind. Die Brenner in der einen Wand sind gegenüber den
Brennern in der anderen Wand gegeneinander versetzt und schräg auf die
Oberfläche
der Glasschmelze ausgerichtet. Zwischen den Brennern sind Oxidationsmittelllanzen
angeordnet. Bei Betrieb der Schmelzwanne werden die Brenner und
Lanzen in der einen Wand (Gruppe A) alternierend mit den Brenner
und Lanzen in der anderen Wand (Gruppe A') betrieben
-
Die
DE 37 40 858 A1 beschreibt
eine horizontale rohrförmige
Brennkammer, an die sich gemäß S. 2,
Z. 44–47
ein Dampferzeuger anschließt,
d. h. eine Brenneranordnung. Der Innenraum dieses Dampferzeugers
ist mit dem Feuerraum des Anmeldungsgegenstands vergleichbar. Die
Flamme brennt in der rohrförmigen
Brennkammer. Die gesamte Verbrennungsluft wird verdrallt vom offenen
Ende der Brennkammer nach hinten zu einer Brennstoffeinpritzdüse geführt und
umhüllt
dabei die Flamme und prägt
ihre ebenfalls eine Drallströmung
auf. Eine zusätzliche
Luftzufuhr ist nicht vorgesehen.
-
Die
DE 15 26 105 A beschreibt
ein Verfahren zum Verbrennen feuchter oder flüssiger Brennstoffe in einem
langgestreckten Feuerraum, bei dem die gesamte Verbrennungsluft über mindestens
eine Düsenreihe
von oben in den Feuerraum unter Aufbau eines Rückströmgebiets an einer Feuerraumwand schräg eingeblasen
wird und der Brennstoff über
eine nach oben gerichtete Düsenreihe
in das Rückströmgebiet
von unten in den Feuerraum eingedüst wird. Ein weiterer Eintrag
von Verbrennungsluft über
die seitlichen Wände
des Feuerraums ist nicht vorgesehen. Das Rauchgas wird am unteren
Ende des Feuerraums abgezogen.
-
Die
DE 66 06 067 U betrifft
einen Brenner, bei dem im Gegensatz zu
DE 37 40 858 A1 die Kühlung des
Brenners dadurch erfolgt, dass die gesamte Verbrennungsluft durch
einen Ringkanal vom einem Ende der vom Ringkanal umschlossenen Brennkammer,
an dem der Brennstoff alleine in die Brennkammer eingeführt wird,
zum anderen Ende der Brennkammer strömt und dort in die entgegen
der Strömungsrichtung
der Verbrennungsprodukte in die Brennkammer eintritt. Die Rauchgase
treten am anderen Ende aus der Brennkammer aus.
-
Die
WO 99/19668 A1 betrifft eine Verbrennungsanlage mit rohrförmiger Brennkammer.
In der Brennkammer sollen über
ein zur Brennkammer koaxiales Zufuhrrohr zugeführte Abgase der Zellstoffherstellung
verbrannt werden. Die Brenngase und unterstöchiometrische Verbrennungsluft
werden an einem Ende der Brennkammer zugeführt und die Rauchgase werden
am anderen Ende abgezogen. Vom anderen Ende her wird über ein
in die Brennkammer bis zur Mitte hinein ragendes und ebenfalls zur
Brennkammer koaxiales Zufuhrrohr wenigstens bis zum stöchiometrischen
Verhältnis
führende
Luft zugeführt.
Die aus dem Rohr austretende Luft wird über einen Umlenkkonus quer
zur Strömungsrichtung
der Flamme in die Brennkammern umgelenkt, um eine besonders effektive
Vermischung mit den Verbrennungsgasen in der Brennkammer mit dem noch
nicht verbrannten Brennstoff zu erzielen. Auch können im freien Ende des Zufuhrrohrs Öffnungen vorgesehen
sein, durch die Luftstrahlen quer zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase
in diese eintreten können.
-
Die
FR 2 567 624 A1 betrifft
einen Heißlufterzeuger
zum Betrieb einer Trocknungsanlage mit einer zylindrischen Brennkammer,
an deren oberen Ende mittig feinteiliger Brennstoff und Verbrennungsluft
nach unten gerichtet zugeführt
werden. Am oberen Ende wird in koaxialer Verteilung und in gleicher Strömungsrichtung über Düsen ein
erster Verdünnungsluftstrom
und am unteren Ende des Brennraums wird ein nach oben gerichteter
zweiter Verdünnungsluftstrom
eingeblasen, der der Temperatureinstellung des am unteren Ende des
Brennraums abströmenden
Heißgases
dient. Dieses gegen die Strömungsrichtung
des im Brennraum nach unten strömenden
Gas hat nichts mit der in der
2 genau dargestellten
Verbrennung zu tun.
-
Die
GB 1 370 135 betrifft eine
Brenneranordnung, bei der dem Brenner Brennstoff und Verbrennungsluft
zugeführt
werden. In die Kammer wird vorgewärmte Luft eingeblasen, die
sowohl verdrallt ist und im Gegenstrom zur Flammenfront strömt (vgl.
S. 1, Z. 77–S.
2, Z. 10) Diese Strömung
soll die Flamme umschließen
und eine Aufweitung der Flamme quer zu ihrer Längserstreckung vermeiden (vgl.
Anspruch 1).
-
Die
US 46 72 900 betrifft eine
Tangentialfeuerung, deren Brennerbaugruppen in den Ecken des Feuerraums
angeordnet und tangential auf einen gedachten Brennkreis ausgerichtet
sind, der sich senkrecht zur Feuerraumachse erstreckt. Auch die
Oberluft wird über
Oberluftdüsen
tangential zum einem zur Feuerraumachse senkrechten Kreis größeren Durchmessers
als der Brennkreis eingeblasen. Es erfolgt keine Luftzugabe durch
einen Gegenstrom der einem der Brenner zugeordnet ist
-
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 gemäß Anspruch
1 bei einem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch gelöst, dass
der Teil der übrigen
Menge der Verbrennungsluft dem mindestens einen Brenner in Gegenstromrichtung
als Gegenluft zu der über
den mindestens einen Brenner eingeblasenen Luft über mindestens eine in der
Rückwand
bezogen auf den mindestens einen Brenner zumindest horizontal seitlich
versetzt angeordnete Gegenluftdüse
zugeführt
wird, oder durch die Merkmale des Anspruchs 4.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekannt.
-
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. Die seitliche Versetzung
unterstützt
die Ausbildung der Sekundärflamme.
-
Durch
die Stufung der Verbrennungsluft (Brennerluft und Gegenluft an dem
Brenner tritt auch eine NOx-Reduzierung auf.
-
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.
-
Der
andere Teil der restlichen Verbrennungsluftmenge wird vorzugsweise
zwischen dem Brennerbereich und dem Rauchgasauslaß in den
Feuerraum eingeblasen.
-
Die
Erfindung richtet sich auch auf eine Feuerungsanlage zur Durchführung des
Verfahrens mit einem langestreckten 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 mindestens einen Brenner zugeordnete und bezogen
auf den mindestens einen Brenner zumindest horizontal seitlich versetzt
angeordnete Gegenluftdüse
vorgesehen ist.
-
Vorzugsweise
ist die Gegenluftdüse
bezogen auf den Brenner höhenversetzt
in der Rückwand angeordnet.
-
Bei
vielen Frontfeuerungen sind in mindestens einer Horizontalebene
des Feuerraums mehrere 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 Ebene 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.
-
Der
Anspruch 8 richtet sich auf eine weitere Ausgestaltung 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 Gegenluftstrahlen 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
Gegenluftstrahlen 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 Gegenluft
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.