DE4319363A1 - Drehofenbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ring­ förmig angeordneten Kanal zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff (Kohlenstaub) und mit wenigstens einem konzentrisch dazu an­ geordneten weiteren Kanal, an dessen Ausmündung eine ringförmige Düsen­ scheibe befestigt ist mit mehreren um den Umfang verteilt angeordneten Düsen, durch welche Primärluft mit erhöhter Geschwindigkeit austritt.

Drehofenbrenner dieser Art sind meist als sogenannte Dreikanalbrenner aus­ gebildet (US-PS 4,428,727), d. h. durch den mittleren Brennerkanal strömt der pneumatisch transportierte Kohlenstaub und er tritt durch eine Ringspaltdüse aus, wobei der ausströmende Kohlenstaub von radial innerer als auch von radial äußerer Primärluft umgeben ist. Beim bekannten Kohlenstaubbrenner wird die radial äußere Primärluft, auch Jetluft genannt, mittels einer Vielzahl im ring­ förmigen Jetluftkanal angeordneter einzelner Düsen in viele einzelne Hochge­ schwindigkeits-Primärluftstrahlen unterteilt, die in ihrer Umgebung ein Unter­ druckgebiet erzeugen, d. h. die vielen Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen dienen als Treibstrahlen nach dem Injektorprinzip, durch welches die große Masse der den Drehofenbrenner umgebenden, praktisch ruhenden heißen Se­ kundärluft von ca. 800°C nach innen in Richtung zum Kern der Brennerflam­ me eingesaugt wird, wo eine intensive Durchmischung der heißen Sekundärluft mit dem durch die Ringspaltdüse austretenden Kohlenstaub stattfindet, der auf diese Weise schnell und vollständig unter Ausbildung einer kurzen heißen Flamme verbrennt, wie sie in der Sinterzone eines Drehrohrofens zur Sinterung des kalzinierten Zementrohmehles zu Zementklinker erforderlich ist. Auf diese Weise gelingt es, mit möglichst wenig kalter Primärluft (z. B. ca. 5 Vol.-%) möglichst viel heiße Sekundärluft (z. B. ca. 95 Vol.-%) in den Kern der Bren­ nerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzu­ saugen.

Beim bekannten Brenner sind die Jetluftdüsen in einer ringförmigen Düsen­ scheibe befestigt, die an das stirnseitige Ausmündungsende des äußeren Bren­ nertragrohres (Jetluftrohres) angeschweißt ist. Das Auswechseln einer solchen Düsenscheibe ist insofern zeitaufwendig, als der vordere Bereich der Feuer­ festmaterial-Ummantelung des Brenners und ein Teil des Brennertragrohres entfernt werden müssen, wobei nach dem Auswechseln der Düsenscheibe die neu aufzubringende Feuerfestmaterial-Ummantelung vor Wiederinbetriebnahme des Brenners gut austrocknen muß. Gleichzeitig muß die radial innere Stirnseite der Düsenscheibe gegen die ringspaltförmige Kohlenstaubdüse des Kohlen­ staubkanals sicher abgedichtet sein, damit die Funktionstüchtigkeit des Brenners nicht gefährdet ist. Bevor die gesamte Düsenscheibe samt Düsen ausgewechselt wird, besteht außerdem oft Bedarf, nur eine oder mehrere der in der Düsen­ scheibe befestigten Jetluftdüsen zu verstellen oder auszuwechseln, was aber Schwierigkeiten macht, wenn die Jetluftdüsen in die Düsenscheibe einge­ schraubt sind, weil das Gewinde in der thermisch höchstbeanspruchten Zone des Brenners liegt und daher nur eine zeitlich begrenzte Funktionstüchtigkeit aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehofenbrenner der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, mit einer dem Jetluftkanal abschließenden Düsenscheibe, die ohne Zerstörung/Erneuerung des Feuerfestmateriales des Brennertragrohres einfach auswechselbar ist und deren Jetluftdüsen bequem und betriebssicher verstellbar bzw. auswechselbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Kennzeich­ nungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner ist die den Jetluftkanal abschließen­ de ringförmige Düsenscheibe mit den Jetluftdüsen nicht unmittelbar am Bren­ nertragrohr (Jetluftrohr) z. B. durch Anschweißung befestigt, sondern die Dü­ senscheibe ist unter Belassung stirnseitiger ringspaltförmiger Dehnungsfugen in den Jetluftkanal eingepaßt und über von der Brennermündungsfront her zu­ gängliche Befestigungsmittel lösbar und auswechselbar an Abstandshaltern be­ festigt, die zum Erhalt der Konzentrizität von Jetluftrohr und Brennstoffrohr im Jetluftkanal befestigt sind. Die Abstandshalter zwischen Jetluftrohr und Brenn­ stoffrohr können aus einem ein- oder mehrteiligen Ring bestehen, der im Jet­ luftkanal von der Brennermündung aus gesehen mit Abstand hinter der Düsen­ scheibe angeordnet ist. Der Abstandshaltering weist mehrere um den Umfang verteilte Öffnungen, Fenster etc. zum Durchlaß der Jetluftströmung zu den Düsen der Düsenscheibe auf. Mit besonderem Vorteil kann die Düsenscheibe über einen radial inneren Dichtungsring und über einen radial äußeren Dich­ tungsring an den Abstandshaltering drückbar sein, und die Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung des Düsenscheibenrings am Abstandshaltering sowie zum Anspannen der Dichtungen sind um den Ringumfang verteilte Schrauben­ bolzen, deren Achsen parallel zur Brennerachse liegen. Die Schraubenbolzen sowie deren Gewinde werden von der Jetluft umströmt, so daß sie der ther­ mischen Belastung standhalten. Jedenfalls ist nach Lösen der Schraubenbolzen von der Brennermündungsseite her ein einfaches Loslösen der Düsenscheibe vom Abstandshaltering und damit ein einfaches und schnelles Auswechseln der Düsenscheibe möglich, ohne die Feuerfestmaterial-Ummantelung des Brenner­ tragrohres dabei zerstören/erneuern zu müssen. Infolge der Dichtungsringe zwischen der Düsenscheibe und dem Abstandshaltering ist die Jetluft des Jet­ luftkanals gehindert, in unerwünschter Weise radial bzw. seitlich aus dem Jet­ luftkanal auszutreten.

Die Düsen der ringförmigen Düsenscheibe bestehen aus zylindrischen Düsen­ körpern, die ohne Gewinde jeweils in entsprechenden über den Düsenscheiben­ umfang verteilt angeordneten Bohrungen verdrehbar, jedoch jeweils vermittels einer Umfangsringnut axial fixierbar sind. Auf diese Weise sind die Jetluftdü­ sen von der Brennerstirnseite her betriebssicher in die Düsenscheibe einbaubar und auch auswechselbar und in die gewünschte Stellung drehbar, um einen bestimmten Ablenkungswinkel bzw. Divergenzwinkel der Jetluftstrahlen ge­ genüber der Brennerlängsachse einstellen zu können, ggf. mit Überlagerung einer Drallströmungskomponente.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Axiallängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehofenbrenner, wobei der Schnitt in der oberen Figuren­ hälfte durch eine Jetluftdüse und in der unteren Figurenhälfte durch eine Brennermündungsstelle zwischen zwei benachbar­ ten Jetluftdüsen gelegt ist,

Fig. 2 ausschnittsweise die Brennermündung mit einer Variante einer Jetluftdüse, und

Fig. 3 ausschnittsweise die Mündung eines Drehofenbrenners mit einer Düsenscheibe, in der außer Jetluftdüsen auch noch Brenngasdüsen eingesetzt sind.

Der Drehofenbrenner der Fig. 1 weist einen ringförmigen Kanal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Kohlenstaub auf, eingefaßt vom Brennstoffrohr (11). Die Kohlenstaub-Primärluft-Suspension (12) tritt mit einer Geschwindigkeit von z. B. 28 m/s aus einer Ringspaltdüse (13) aus, die mit einem kleinen Winkel nach außen divergiert. Konzentrisch um den Kohlen­ staubkanal (10) ist ein Ringkanal (14) angeordnet, durch den Primärluft strömt, die mit hoher Geschwindigkeit von z. B. 140 bis 420 m/s in Form von Düsen­ strahlen (15) aus einzelnen um den Umfang der Brennermündung verteilt ange­ ordneten Brennerdüsen (16) austritt. Die im Ringkanal (14) strömende Primär­ luft, umfaßt vom Brennertragrohr (17), wird auch Jetluft genannt. Die Hochge­ schwindigkeits-Jetluftstrahlen (15) bzw. Treibstrahlen hoher Geschwindigkeit sind in der Lage, möglichst viel den Drehofenbrenner umgebende heiße Sekun­ därluft (18) von z. B. 800°C in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Kohlenstaubverbrennung einzusaugen. Auf seiner Außenseite ist der Drehofenbrenner durch eine Ummantelung (19) aus Feuerfestmaterial, in der Fig. 1 nur in der oberen Zeichnungshälfte gezeigt, vor thermischer Überbeanspruchung geschützt. Konzentrisch innerhalb des Kohlenstaubka­ nals (10) kann ein weiterer Primärluftkanal (20) angeordnet sein, der an seiner Ausmündung mit einem Drallerzeuger (21) ausgestattet sein kann. Im Zentrum des Brenners ist noch ein Rohr (22) angeordnet, in welches ein zentraler Zünd­ brenner einsetzbar ist.

Die um den Umfang verteilten Jetluftdüsen (16) sind in einer ringförmigen Dü­ senscheibe (23) angeordnet, die an der Brennermündung nicht am Trag­ rohr (17) angeschweißt ist, sondern die unter Belassung stirnseitiger ringspalt­ förmiger Dehnungsfugen in den ringförmigen Jetluftkanal (14) eingepaßt ist und über von der Brennermündungsfront her zugängliche Befestigungsmittel, in Fig. 1 über die Schraubenbolzen (24) lösbar und auswechselbar an Abstands­ haltern befestigt ist, die zum Erhalt der Konzentrizität von Brennertragrohr (17) bzw. Jetluftrohr und Brennstoffrohr (11) im Jetluftkanal (14) befestigt sind. Nach den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 bestehen die Abstandshal­ ter zwischen Jetluftrohr (17) und Brennstoffrohr (11) aus einem zweiteiligen bzw. dreiteiligen mit Schrauben (25) zusammengeschraubten Ring (26), der im Jetluftkanal (14) von der Brennmündung aus gesehen mit geringem Abstand hinter der Düsenscheibe (23) angeordnet ist. Dadurch, daß die Düsenschei­ be (23) unter Einhaltung von ringspaltförmigen Dehnungsfugen in den ring­ förmigen Jetluftkanal (14) eingepaßt ist, ist ein Verklemmen der Düsenschei­ be (23) bei deren Ein- und Ausbau vermieden. Die Köpfe der Schraubenbol­ zen (24), die in dem von der Jetluft gekühlten Brennerbereich liegen, sind ge­ schützt in stirnseitigen Ausnehmungen der Düsenscheibe (23) untergebracht. Beim Anziehen der Schraubenbolzen (24) ist die Düsenscheibe (23) über einen radial inneren Dichtungsring (27) sowie über einen radial äußeren Dichtungs­ ring (28) an den Abstandshaltering (26) drückbar, so daß eine einwandfreie Abdichtung des Jetluftkanals (14) gewährleistet ist. Aus Fig. 1 geht noch her­ vor, daß der Abstandshaltering (26) z. B. in Umfangsbereichen zwischen den Schraubenbolzen (24) mehrere um den Umfang verteilte Öffnungen bzw. Fen­ ster (29) etc. zum Durchlaß der Jetluftströmung zu den Düsen (16) der Düsen­ scheibe (23) aufweist.

Die Jetluftdüsen (16) der ringförmigen Düsenscheibe (23) bestehen aus zylin­ drischen Düsenkörpern, die ohne Gewinde jeweils in entsprechenden über den Düsenscheibenumfang verteilt angeordneten Bohrungen verdrehbar, jedoch je­ weils vermittels einer Umfangsringnut (30) durch Einsetzen eines Stiftes axial fixierbar sind. Zum Ausbau einer Jetluftdüse (16) wird diese solange gedreht, bis eine Längsnut (31) in den Bereich des Haltestiftes gelangt, wonach die Dü­ se (16) nach außen ausziehbar ist. Je nach Drehstellung der Jetluftdüse (16) kann die Düsenbohrung (32) hinsichtlich ihrer Divergenz von der Brenner­ längsachse sowie ggf. ihrer Drallströmungskomponente verändert werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die verdrehbare Jetluftdüse (16) mit Umfangsringnut (30) über einen Stift (33) fixierbar, der von der Brennermün­ dung her zugänglich ist und dessen Achse parallel zur Brennerlängsachse liegt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist zu sehen, daß in der ringförmigen Dü­ senscheibe (23) außen an der Peripherie die auswechselbar und verstellbar an­ geordneten Jetluftdüsen (16) angeordnet sind, während radial weiter innen ebenfalls um den Umfang verteilte Brenngasdüsen (34) als zusätzliche Brenn­ stoffdüsen angeordnet sein können.

Claims (5)

1. Brenner für einen Drehrohrofen, mit einem ringförmig angeordneten Ka­ nal (10) zum pneumatischen Transport von feinkörnigem Festbrennstoff (Kohlenstaub) und mit wenigstens einem konzentrisch dazu angeordneten weiteren Kanal (14), an dessen Ausmündung eine ringförmige Düsen­ scheibe (23) befestigt ist mit mehreren um den Umfang verteilt angeord­ neten Düsen (16), durch welche Primärluft (Jetluft) mit erhöhter Ge­ schwindigkeit austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenscheibe (23) unter Belassung stirnseitiger ringspaltförmiger Dehnungsfugen in den ringförmigen Jetluftkanal (14) eingepaßt ist und über von der Brenner­ mündungsfront her zugängliche Befestigungsmittel (24) lösbar und aus­ wechselbar an Abstandshaltern (26) befestigt ist, die zum Erhalt der Kon­ zentrizität von Jetluftrohr (17) und Brennstoffrohr (11) im Jetluftkanal (14) befestigt sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshal­ ter zwischen Jetluftrohr (17) und Brennstoffrohr (11) aus einem ein- oder mehrteiligen Ring (26) bestehen, der im Jetluftkanal (14) von der Bren­ nermündung aus gesehen mit geringem Abstand hinter der Düsenschei­ be (23) angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshal­ tering (23) mehrere um den Umfang verteilte Öffnungen, Fenster (29) etc. zum Durchlaß der Jetluftströmung zu den Düsen (16) der Düsenschei­ be (23) aufweist.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenscheibe (23) über einen radial inneren Dichtungsring (27) und über einen radial äußeren Dichtungsring (28) an den Abstandshalte­ ring (26) drückbar ist, und daß die Befestigungsmittel zur lösbaren Befe­ stigung des Düsenscheibenrings am Abstandshaltering um den Ringum­ fang verteilte Schraubenbolzen (24) sind, deren Achsen parallel zur Bren­ nerachse liegen.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (16) der ringförmigen Düsenscheibe (23) aus zylindrischen Dü­ senkörpern bestehen, die ohne Gewinde jeweils in entsprechenden über den Düsenscheibenumfang verteilt angeordneten Bohrungen verdrehbar, jedoch jeweils vermittels einer Umfangsringnut (30) axial fixierbar sind.