DE102014015546B4 - Burner for combustion of solid fuels and processes - Google Patents

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Abstract

Bei einem Brenner (1) für einen Brennraum zur Verbrennung von pulverförmigen oder staubförmigen festen Brennstoffen mit einer ersten Fördergaszuführeinrichtung und einer Brennstoffzuführeinrichtung zur Herstellung eines fluidisierten Brennstoff-Gasgemisches, einer ersten Förderleitung (11, 12, 13) zum Transport des Brennstoff-Gasgemischs in den Brennraum und einer zweiten Fördergaszufuhreinrichtung (30) zur Zuführung von Zusatzgas in die erste Förderleitung (11, 12, 13), ist vorgesehen, dass zur getakteten oder modulierten Zuführung des Brennstoff-Gasgemischs an eine dem Brennraum zugewandte Öffnung (18) in der ersten Förderleitung (12) ein erster Anschluss (16) in einem Abstand d1 und ein zweiter Anschluss (17) in einem Abstand d2 vor der Öffnung (18) für die zweite Fördergaszuführeinrichtung (30) angeordnet ist, durch welche das Zusatzgas mittels zweier Ventileinrichtungen (14, 15) in die erste Förderleitung (12, 13) eingebracht wird.

Figure DE102014015546B4_0000
In a burner (1) for a combustion chamber for combustion of pulverulent or dusty solid fuels with a first Fördergaszuführeinrichtung and a Brennstoffzuführeinrichtung for producing a fluidized fuel gas mixture, a first delivery line (11, 12, 13) for transporting the fuel-gas mixture in the Combustion chamber and a second conveying gas supply means (30) for supplying additional gas in the first conveying line (11, 12, 13), is provided for the clocked or modulated supply of the fuel-gas mixture to an opening facing the combustion chamber (18) in the first conveying line (12) a first port (16) at a distance d1 and a second port (17) at a distance d2 in front of the opening (18) for the second Fördergaszuführeinrichtung (30) is arranged, through which the additional gas by means of two valve means (14, 15) is introduced into the first delivery line (12, 13).
Figure DE102014015546B4_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brenner für einen Brennraum zur Verbrennung von pulverförmigen oder staubförmigen festen Brennstoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Zuführung des Brennstoffes zu dem entsprechenden Brennraum gemäß Patentanspruch 10.The present invention relates to a burner for a combustion chamber for combustion of pulverulent or pulverulent solid fuels according to the preamble of patent claim 1 and a method for supplying the fuel to the corresponding combustion chamber according to claim 10.

Derartige Feststoffbrenner werden vorzugsweise in Kraftwerken zur Stromerzeugung über Dampfturbinen oder in Kesseln zu Erzeugung von Prozesswärme eingesetzt. Da die Schadstoffemission in Form von Stickoxiden NOx bei der Stromerzeugung möglichst gering gehalten werden soll und die NOx-Bildung im Wesentlichen von der Temperatur des Verbrennungsprozesses und der Zusammensetzung des Brennstoffs abhängt, ist insbesondere auf die Verbrennungsbedingungen im Brennraum zu achten.Such solid fuel burners are preferably used in power plants for power generation via steam turbines or in boilers for generating process heat. Since the emission of pollutants in the form of nitrogen oxides NOx is to be kept as low as possible during power generation and the formation of NOx essentially depends on the temperature of the combustion process and the composition of the fuel, particular attention must be paid to the combustion conditions in the combustion chamber.

Aus der EP 1 312 859 A1 ist ein Feststoffbrenner bekannt, bei dem pulverförmige Braunkohle mit Luft vermischt und in einer Lanze zum Brennraum transportiert und dort verbrannt wird. Zur Beschleunigung der Zündung des Brennstoffs wird zusätzliche Luft durch eine Düse in das Brennstoff-/Luftgemisch eingebracht. Derartige Feststoffbrenner werden aufgrund unterschiedlicher Energiequellen häufig unter Teillastbedingungen betrieben, bei welchen die Brennstoffzufuhr gedrosselt wird.From the EP 1 312 859 A1 a solid fuel burner is known in which powdered brown coal is mixed with air and transported in a lance to the combustion chamber and burned there. To accelerate the ignition of the fuel additional air is introduced through a nozzle in the fuel / air mixture. Such solid fuel burners are often operated under part load conditions due to different energy sources, in which the fuel supply is throttled.

Bei daraus resultierenden unvollständigen Verbrennungsvorgängen oder instabilen Zündungsprozessen resultieren hohe Schadstoffbelastungen in Form von Stickoxiden (NOx).The resulting incomplete combustion processes or unstable ignition processes result in high pollution levels in the form of nitrogen oxides (NOx).

Weiterhin ist aus der DE 10 2013 114 296 ein Feststoffbrenner bekannt, bei dem ein Luft-Brennstoffgemisch über eine Lanze an die Mündungsöffnung des Brenners transportiert wird, wobei der Gehalt des Brennstoffs in dem Luft-Brennstoffgemisch pulsierend eingestellt wird. Bei einer bestimmten Pulsationsfrequenz hat sich dabei gezeigt, dass vor allem im Teillastbetrieb eine signifikante Verringerung der entstehenden Stickoxide NOx erreicht werden kann. Hierbei wird die Pulsation bei der Zuführung des Brennstoffs in die Primärluft zur Einstellung des Luft-Brennstoffgemisch über eine Stauscheibe oder eine Schnecke erreicht. Bei der mechanischen Dosierung des Brennstoffs können jedoch aufgrund der geringen Partikelgröße Probleme bei der Förderung auftreten, so dass die gewünschte Pulsation nicht optimal eingestellt werden kann.Furthermore, from the DE 10 2013 114 296 a solid fuel burner is known, in which an air-fuel mixture is transported via a lance to the orifice of the burner, wherein the content of the fuel in the air-fuel mixture is set to be pulsating. At a certain pulsation frequency it has been shown that, especially in partial load operation, a significant reduction of the resulting nitrogen oxides NOx can be achieved. Here, the pulsation is achieved in the supply of the fuel in the primary air for adjusting the air-fuel mixture via a baffle plate or a worm. With the mechanical metering of the fuel, however, problems can occur due to the small particle size in the promotion, so that the desired pulsation can not be optimally adjusted.

Zur optimalen Einstellung der Zündung eines Brenners offenbart die EP 0 005 438 A1 zudem einen Brenner zur Verbrennung von pulverförmigen oder staubförmigen festen Brennstoffen mit einer ersten Fördergaszuführeinrichtung und einer Brennstoffzuführeinrichtung zur Herstellung eines Brennstoff-Gasgemisches, einer ersten Förderleitung zum Transport des Brennstoff-Gasgemischs in den Brennraum und einer zweiten Fördergaszufuhreinrichtung zur Zuführung von Zusatzgas in die erste Förderleitung.For optimal adjustment of the ignition of a burner reveals the EP 0 005 438 A1 in addition, a burner for combustion of pulverulent or pulverulent solid fuels with a first Fördergaszuführeinrichtung and a Brennstoffzuführeinrichtung for producing a fuel-gas mixture, a first delivery line for transporting the fuel-gas mixture into the combustion chamber and a second conveying gas supply means for supplying additional gas into the first delivery line.

Zudem ist aus der US 6 843 185 B1 ein Sauerstoff-Kraftstoff-Verbrennungssystem bekannt, das Sauerstoff auf einen Strom von fluidisiertem, pulverisiertem, festem Brennstoff an verschiedenen Stellen vor und nach der Zündung verteilt. Das System ist vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration in einem an diesen Stellen vorhandenen Sauerstoff-Kraftstoff-Gemisch zu variieren.Moreover, from the US Pat. No. 6,843,185 B1 An oxygen-fuel combustion system is known that distributes oxygen to a stream of fluidized, pulverized, solid fuel at various locations before and after ignition. The system is designed to vary the oxygen concentration in an oxygen-fuel mixture present at these locations.

Aus der US 5 090 339 A ist außerdem eine Brennervorrichtung für Kohlenstaub mit einer Förderleitung, die zwei koaxiale Kanalteile aufweist, bekannt, bei der mittels eines Ventils eine axiale Endöffnung der Förderleitung und damit die Konzentration von pulverisierter Kohle in der Förderluft variiert werden kann.From the US 5 090 339 A In addition, a pulverized coal burner apparatus having a delivery line having two coaxial channel parts is known, in which an axial end opening of the delivery line and thus the concentration of pulverized coal in the delivery air can be varied by means of a valve.

Schließlich zeigt auch die US 2009/0214992 A1 mehrere Verfahren und Vorrichtungen zur Dosierung von explosivem Pulver in Gas, um eine gewünschte Düsengeschwindigkeit einstellen zu können und eine nachhaltige Flamme zu erzeugen.Finally, also shows the US 2009/0214992 A1 several methods and apparatus for metering explosive powder into gas to set a desired nozzle velocity and to produce a sustainable flame.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Brenner für staub- und pulverförmige Brennstoffe zu verbessern.Object of the present invention is therefore to improve a burner for dust and powdered fuels.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und in der Beschreibung enthalten.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and a method according to claim 10. Advantageous developments are subject of the dependent claims and included in the description.

Mit der Erfindung wird ein Brenner für einen Brennraum zur Verbrennung von pulverförmigen oder staubförmigen festen Brennstoffen mit einer ersten Fördergaszuführeinrichtung und einer Brennstoffzuführeinrichtung zur Herstellung eines fluidisierten Brennstoff-Gasgemisches bereitgestellt, wobei das Brennstoff-Gasgemisch mittels einer ersten Förderleitung in den Brennraum transportiert wird. Pulverförmige oder staubförmigen feste Brennstoffe wie Kohlenstaub oder torrefizierte Biomasse weisen häufig eine Korngröße von weniger als 0,1 mm auf. Unter dem fluidisierten Brennstoff-Gasgemisch wird daher ein Förderzustand des Brennstoffs verstanden, bei welchem dieser sich nach der Vermischung mit dem Fördergas in einem Fließzustand befindet. Dies bedeutet, dass das Brennstoff-Gasgemisch ein flüssigkeitsähnliches Verhalten aufweist und über den Rohrquerschnitt der Förderleitung gleichmäßig verteilt und ohne Pfropfenbildung transportiert wird.The invention provides a burner for a combustion chamber for combustion of pulverulent or pulverulent solid fuels with a first conveying gas supply device and a fuel supply device for producing a fluidized fuel gas mixture, wherein the fuel gas mixture is transported into the combustion chamber by means of a first delivery line. Powdered or dusty solid fuels such as coal dust or torrefied biomass often have a particle size of less than 0.1 mm. The fluidized fuel / gas mixture is therefore understood to mean a delivery state of the fuel in which it is in a flow state after being mixed with the delivery gas. This means that the fuel-gas mixture has a liquid-like behavior and on the Tube cross-section of the delivery line evenly distributed and transported without plug formation.

Um dem Brennraum oder der Flamme des Brenners über die dem Brennraum zugewandte Öffnung der Förderleitung das fluidisierte Brennstoff-Gasgemisch getaktet, pulsierend oder moduliert zuführen zu können, ist eine zweite Fördergaszufuhreinrichtung zur Zuführung von Zusatzgas in die erste Förderleitung vorgesehen, wobei in der ersten Förderleitung ein erster Anschluss in einem Abstand d1 und ein zweiter Anschluss in einem Abstand d2 vor der Öffnung angeordnet ist. Das Zusatzgas wird dabei mittels zweier Ventileinrichtungen in die erste Förderleitung eingebracht, die so angesteuert werden, dass entweder der erste Anschluss oder der zweite Anschluss oder beide Anschlüsse gleichzeitig mit Zusatzluft beaufschlagt werden können. Über die Zuführung des Zusatzgases über die erste Ventileinrichtung an dem ersten Anschluss wird erreicht, dass das fluidisierte Brennstoff-Gasgemisch einen Impuls erhält und sich somit in Richtung der dem Brennerraum zugewandten Öffnung der Förderleitung, dem sogenannten Brenneraustritt in Bewegung setzt. Gleichzeitig wird über die Zuführung des Zusatzgases am zweiten Anschluss der Fördervorgang kurz vor dem Brenneraustritt unterbrochen. Die bei dem zweiten Anschluss aus der zweiten Förderleitung austretende Zusatzluft kühlt die Förderleitung im Bereich der dem Brennraum zugewandten Öffnung, den sogenannten Brennermund und hält gleichzeitig das vor dem zweiten Anschluss anstehende fluidisierte Brennstoff-Gasgemisch zurück. Währenddessen wird die Zufuhr der Zusatzluft am ersten Anschluss gestoppt. Durch das wechselseitige Öffnen und Schließen der jeweils mit dem ersten und zweiten Anschluss verbundenen Ventileinrichtungen wird somit eine exakt getaktete oder modulierte Brennstoffzuführung zum Brennraum bewirkt. Der Vorteil der Erfindung besteht somit darin, dass keine mechanischen Absperrorgane im Bereich des Brennstoff-Gasgemisches zum Einsatz kommen müssen, so dass es auch nicht zu verschleißbedingten Ausfällen der Absperrorgane kommen kann.In order to be able to supply the fluidized fuel / gas mixture clocked, pulsed or modulated to the combustion chamber or the flame of the burner via the opening of the delivery line facing the combustion chamber, a second conveying gas supply device is provided for supplying additional gas into the first delivery line, wherein in the first delivery line first terminal at a distance d1 and a second terminal at a distance d2 is arranged in front of the opening. The additional gas is introduced by means of two valve devices in the first delivery line, which are controlled so that either the first port or the second port or both ports can be acted upon with additional air simultaneously. By supplying the additional gas via the first valve device at the first connection, it is achieved that the fluidized fuel / gas mixture receives a pulse and thus begins to move in the direction of the opening of the delivery line facing the burner chamber, the so-called burner outlet. At the same time, the conveying process is interrupted shortly before the burner outlet via the supply of the additional gas at the second port. The additional air emerging from the second delivery line at the second connection cools the delivery line in the region of the opening facing the combustion chamber, the so-called burner mouth, and at the same time retains the fluidized fuel / gas mixture present in front of the second connection. Meanwhile, the supply of additional air at the first port is stopped. As a result of the mutual opening and closing of the valve devices respectively connected to the first and second ports, an exactly timed or modulated fuel supply to the combustion chamber is thus effected. The advantage of the invention thus lies in the fact that no mechanical shut-off devices in the area of the fuel gas mixture must be used, so that it can not come to wear-related failures of the shut-off devices.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, dass in der Brennstoffzuführvorrichtung oder in der ersten Förderleitung eine Brennervorlage in Form einer Materialsäule des fluidisierten Brennstoff-Gasgemischs angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Brennervorlage, die in Abhängigkeit von ihrer Höhe h einen hydrostatischen Druck bewirkt, wird ein Gleichgewicht zu dem internen Brennerdruckverlust gebildet, der aufgrund der Reibungskräfte in der ersten Förderleitung entsteht. Dementsprechend wird erreicht, dass das fluidisierte Brennstoff-Gasgemisch seine Fließfähigkeit an jeder Stelle der ersten Förderleitung beibehält und bei Zuführung des Zusatzgases entsprechend getaktet oder moduliert in der ersten Förderleitung transportiert werden kann. Dadurch ist das Brennstoff-Gasgemisch und dessen Förderung im Brenner äußerst reaktionsschnell an gewünschte Sollwerte anpassbar.An advantageous embodiment of the burner according to the invention provides that in the Brennstoffzuführvorrichtung or in the first delivery line a burner master in the form of a column of material of the fluidized fuel gas mixture is arranged. With the help of this burner template, which causes a hydrostatic pressure as a function of their height h, an equilibrium is formed with respect to the internal burner pressure loss that arises due to the frictional forces in the first delivery line. Accordingly, it is achieved that the fluidized fuel-gas mixture maintains its fluidity at any point of the first delivery line and can be transported in accordance with clocked or modulated in the supply line of the additional gas in the first delivery line. As a result, the fuel-gas mixture and its promotion in the burner extremely fast response to desired setpoints customizable.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Brennstoffzuführeinrichtung oder in der ersten Förderleitung ein Sensor zu kontinuierlichen Messung des statischen Drucks angeordnet ist. Weiterhin wird über eine kontinuierliche Füllstandsmessung, vorzugsweise über einen Radarsensor die Höhe der Materialsäule in der Brennervorlage überwacht. Mit diesen beiden Werten kann indirekt der Druckanteil unterhalb der Materialvorlage überwacht werden, um so das gewünschte Fließverhalten des Brennstoff-/Gasgemischs aufrechtzuerhalten.A development of the invention provides that a sensor for continuous measurement of the static pressure is arranged in the fuel supply device or in the first delivery line. Furthermore, the height of the column of material in the burner template is monitored via a continuous level measurement, preferably via a radar sensor. These two values can indirectly monitor the pressure component below the material template in order to maintain the desired flow behavior of the fuel / gas mixture.

Dementsprechend kann in Verbindung mit dem in der Brennervorlage erfassten Füllstand über eine speicherprogrammierbare Steuerung PLC die Höhe der Materialsäule als Führungsgröße für eine bauseitige Vordosierung des Brennstoff-Gasgemisches übermittelt werden. Mit Hilfe der übermittelten Signale kann dann über die bauseitige Vordosierung der Füllstand des Brennstoff-Gasgemisches in der Brennervorlage geregelt werden.Accordingly, in conjunction with the detected in the burner master level via a programmable logic controller PLC, the height of the column of material as a reference variable for on-site predosing of the fuel-gas mixture are transmitted. With the help of the transmitted signals can then be controlled by the on-site predosing the level of the fuel gas mixture in the burner master.

Weiterhin kann in Verbindung mit dem Sensor zur Messung des Drucks eine Regeleinrichtung zur Regelung des Überdrucks in Transportrichtung des Brennstoffs oberhalb der Materialsäule unter Verwendung eines regelbaren Ventilators, in diesem Fall eines Saug-Ventilators, vorgesehen sein.Furthermore, in conjunction with the sensor for measuring the pressure, a regulating device for regulating the overpressure in the transport direction of the fuel above the material column using a controllable fan, in this case a suction fan, may be provided.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Förderung des Zusatzgases eine zweite Förderleitung koaxial zur ersten Förderleitung vorgesehen ist. Vorteilhafterweise umgibt dabei die zweite Förderleitung mit dem Zusatzgas die erste Förderleitung mit dem Brennstoff-Gasgemisch als Hüllrohr über eine gewisse Förderlänge.An embodiment of the invention provides that for conveying the additional gas, a second delivery line is provided coaxially with the first delivery line. Advantageously, the second delivery line with the additional gas surrounds the first delivery line with the fuel / gas mixture as the cladding tube over a certain delivery length.

Weiterhin kann die erste Förderleitung an ihrem dem Brennerraum zugewandten Ende ein austauschbares Mundstück aufweisen, das wenigstens einen Teil der ersten Förderleitung, die dem Brenner zugewandte Öffnung und den zweiten Anschluss für die Zusatzluft umfasst.Furthermore, the first delivery line may have an exchangeable mouthpiece at its end facing the burner chamber, which comprises at least a part of the first delivery line, the opening facing the burner and the second connection for the additional air.

Um zu verhindern, dass das Zusatzgas an der Brenneröffnung austritt, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die zweite Förderleitung gegenüber der dem Brenner zugewandten Öffnung der ersten Förderleitung stirnseitig verschlossen ist. Dies kann durch ein fest verbundenes Rohrende aber auch mit Hilfe einer Dichtung oder eines Stopfens geschehen. Der zweite Anschluss der zweiten Fördergaszuführeinrichtung an der ersten Förderleitung ist daher mit einem Abstand d2 zu der dem Brenner zugewandten Öffnung des Brenners vorgesehen. Dieser zweite Anschluss zur Zuführung der Zusatzluft kann als Splitterdüse mit radial angeordneten Öffnungen oder Kanälen vorgesehen sein. Die Splitterdüse unterbricht das fließende Brennstoff-Gasgemisch in der ersten Förderleitung mittels des Zusatzgases. Die Öffnungen der Splitterdüse sind dabei so angeordnet, dass diese das anstehende Brennstoff-Gasgemisch zurückhalten und das in Richtung des Brennraumes austretende Brennstoff-Gasgemisch verwirbeln.In order to prevent the additional gas from exiting at the burner opening, it is advantageously provided that the second delivery line is closed at the front side with respect to the opening of the first delivery line facing the burner. This can be done by a firmly connected pipe end but also by means of a seal or a plug. The second connection of the second Fördergaszuführeinrichtung on the first delivery line is therefore provided with a distance d2 to the burner facing the opening of the burner. This second connection for feeding the additional air may be provided as a splitter nozzle with radially arranged openings or channels. The splitter nozzle interrupts the flowing fuel-gas mixture in the first delivery line by means of the additional gas. The openings of the splitter nozzle are arranged so that they retain the pending fuel gas mixture and swirl the emerging in the direction of the combustion chamber fuel gas mixture.

Mit der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Zuführung eines Brennstoff-Gasgemischs zu einem Brennraum zur Verfügung gestellt, bei welchem ein in einem Fördergas fluidisierter pulverförmiger oder staubförmiger fester Brennstoff in einer ersten Förderleitung transportiert wird. Dem Brennstoff-Gasgemisch wird vor der dem Brennraum zugewandten Öffnung der ersten Förderleitung, der sogenannten Mündungsöffnung, über eine zweite Förderleitung Zusatzluft zugeführt, indem die Zusatzluft an einen ersten und/oder einen zweiten Anschluss in die erste Förderleitung eingebracht wird, derart, dass eine zeitlich modulierte Zuführung des Brennstoff-Gasgemischs über die Gaszuführung erfolgt. Da das Brennstoff-Gasgemisch in einem fluidisierten Zustand in der Förderleitung transportiert wird, erlaubt die Zuführung des Zusatzgases, die über zwei Ventileinrichtungen gesteuert wird, die exakt modulierte oder getaktete Zuführung des Brennstoff-Gasgemischs zum Brennerraum.The invention further provides a method for supplying a fuel-gas mixture to a combustion chamber, in which a pulverulent or pulverulent solid fuel fluidized in a conveying gas is transported in a first conveying line. The fuel-gas mixture before the combustion chamber facing opening of the first delivery line, the so-called orifice, fed via a second delivery line additional air by the additional air is introduced to a first and / or a second port in the first delivery line, such that a temporally modulated supply of the fuel-gas mixture via the gas supply takes place. Since the fuel-gas mixture is transported in a fluidized state in the delivery line, the supply of the additional gas, which is controlled by two valve devices, allows the exactly modulated or clocked supply of the fuel-gas mixture to the burner chamber.

Damit das Brennstoff-Gasgemisch ohne Lücken in Form einer Fließförderung zur Mündungsöffnung transportiert wird, ist in der ersten Förderleitung eine Materialsäule des Brennstoff-Gasgemischs vorgesehen, die über ihren hydrostatischen Druck die Druckverluste in der Förderleitung zwischen Mündungsöffnung und Brennstoffzuführeinrichtung ausgleicht.So that the fuel-gas mixture is transported without gaps in the form of a flow promotion to the orifice, a column of material of the fuel-gas mixture is provided in the first delivery line, which compensates through their hydrostatic pressure, the pressure losses in the delivery line between the orifice and fuel supply.

Um den Zustand der Fließförderung aufrechtzuerhalten, kann die Höhe der Materialsäule in Abhängigkeit von der Abgabemenge des Brennstoff-Gasgemischs um einen Mittelwert variieren. Wie bereits zuvor erwähnt, kann zur kontinuierlichen Überwachung des Füllstands des Brennstoff-Gasgemischs in der Brennervorlage ein Sensor in Form eines Füllstandsensors vorgesehen sein.In order to maintain the state of flow promotion, the height of the material column may vary by an average depending on the discharge amount of the fuel-gas mixture. As already mentioned above, a sensor in the form of a fill level sensor can be provided for continuous monitoring of the fill level of the fuel / gas mixture in the burner master.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im Einzelnen zeigt dabei

  • 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Brenners
  • 2 die Druckverteilung des Brennstoff-/Gasgemischs über der Förderleitung aus 1
  • 3 in Diagrammform den tatsächlichen Massenstrom des Brennstoff-Gasgemischs ṁB und den Mittelwert des Massenstroms ṁD im zeitlichen Verlauf
The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In detail shows
  • 1 a schematic side view of a burner according to the invention
  • 2 the pressure distribution of the fuel / gas mixture over the delivery line 1
  • 3 in diagram form, the actual mass flow of the fuel-gas mixture ṁ B and the average value of the mass flow ṁ D over time

1 zeigt in schematischer Darstellung einen Brenner 1 mit einer ersten Förderleitung 11, 12, 13 durch welche ein Brennstoff-Gasgemisch von einer Brennstoffzuführeinrichtung (nicht dargestellt) zu einer einem Brennraum (nicht dargestellt) zugewandten Öffnung 18, der sogenannten Mündungsöffnung des Brenners 1 transportiert wird. Beim dem Brennstoff handelt es sich um einen festen Brennstoff in Form von Kohlestaub oder Biomasse mit einer Partikelgröße von ca. 0,1 mm bis maximal 5 mm. 1 shows a schematic representation of a burner 1 with a first delivery line 11 . 12 . 13 by which a fuel-gas mixture from a fuel supply device (not shown) to a combustion chamber (not shown) facing opening 18 , the so-called mouth opening of the burner 1 is transported. The fuel is a solid fuel in the form of coal dust or biomass with a particle size of about 0.1 mm to a maximum of 5 mm.

Mit Hilfe einer ersten Fördergaszuführeinrichtung (nicht dargestellt) wird der feste Brennstoff mit dem Fördergas vermischt, so dass dieser pneumatisch im Bereich 11 der ersten Förderleitung 11, 12, 13 transportiert werden kann. In einem zweiten Bereich 12 der ersten Förderleitung 11, 12, 13, einem sogenannten Abscheider, wird das Brennstoff-Gasgemisch von dem Fördergas der pneumatischen Zuförderung getrennt. Der dort als Brennervorlage 20 verbleibende pulverförmige oder staubförmige feste Brennstoff befindet sich in einem Fließzustand und wird von dort in Form eines fluidisierten Brennstoff-Gasgemischs in der Förderleitung 13 weitergefördert. Die schwarz-weiß markierten Pfeile in der Figur kennzeichnen dementsprechend den Materialfluss des Brennstoff-Gasgemischs während die weißen Pfeile die Zu- und Ableitung des Fördergases kennzeichnen. Der schraffierte Bereich innerhalb der Förderleitung 11, 12, 13 stellt zudem das Brennstoff-Gasgemisch in fluidisiertem Zustand dar, während die schwarz-weiße Markierung im Bereich 11 der ersten Förderleitung 11, 12, 13 den pneumatischen Förderzustand des Brennstoff-Gasgemischs signalisiert.By means of a first Fördergaszuführeinrichtung (not shown), the solid fuel is mixed with the conveying gas, so that this pneumatically in the field 11 the first support line 11 . 12 . 13 can be transported. In a second area 12 the first support line 11 . 12 . 13 , a so-called separator, the fuel-gas mixture is separated from the conveying gas of the pneumatic feed. The there as a burner template 20 remaining powdery or dust-like solid fuel is in a flow state and from there in the form of a fluidized fuel-gas mixture in the delivery line 13 further promoted. The black and white marked arrows in the figure indicate accordingly the material flow of the fuel-gas mixture while the white arrows indicate the supply and discharge of the delivery gas. The hatched area within the delivery line 11 . 12 . 13 also represents the fuel gas mixture in a fluidized state, while the black and white mark in the area 11 the first support line 11 . 12 . 13 signaled the pneumatic conveying state of the fuel-gas mixture.

Über Regeleinrichtungen 21 und einem zugehörigen Ventilator 22 - in diesem Fall ein Saug-Ventilator - wird der Druck im Bereich 12 der Förderleitung 11, 12, 13 oberhalb der Brennervorlage 20 geregelt und dementsprechend überschüssiges Fördergas über den Ventilator 22 und die Regeleinrichtung 21, vorzugweise eine Regelklappe mit Stellantrieb aus der Förderleitung 11, 12 abgesaugt.About control devices 21 and an associated fan 22 - in this case a suction fan - the pressure is in the range 12 the support line 11 . 12 . 13 above the burner template 20 regulated and accordingly excess delivery gas via the fan 22 and the control device 21 , preferably a butterfly valve with actuator from the delivery line 11 . 12 aspirated.

Zu Vermeidung einer erhöhten Stickstoffbildung bei der Verbrennung des festen Brennstoffs im Teillastbetrieb des Brenners 1, wird der Massestrom des Brennstoff-Gasgemisch gemäß der vorliegenden Erfindung in einer getakteten oder modulierten Form an die Öffnung 18 des Brenners 1 transportiert. Dazu ist eine zweite Fördergaszuführeinrichtung 30 vorgesehen, die ein weiteres Fördergas über einen ersten Anschluss 16, vorzugsweise eine Injektordüse und einen zweiten Anschluss 17, vorzugsweise eine Splitterdüse im Bereich 13 der ersten Förderleitung 11, 12, 13 einbringt. Da das fluidisierte Brennstoff-Gasgemisch die Förderleitung 13 gleichmäßig und vollständig ausfüllt, erfährt dieses durch die Zufuhr des weiteren Fördergases einen Impuls und wird in Richtung des Brennerraums gefördert.To avoid increased nitrogen formation during combustion of the solid fuel in part-load operation of the burner 1 , the mass flow of the fuel-gas mixture according to the present invention in a clocked or modulated form to the opening 18 of the burner 1 transported. For this purpose, a second Fördergaszuführeinrichtung 30 provided, which further conveying gas via a first connection 16 , preferably an injector nozzle and a second port 17 , preferably a splitter nozzle in the area 13 the first support line 11 . 12 . 13 brings. Since the fluidized fuel-gas mixture, the delivery line 13 evenly and completely fills, this experiences a pulse by the supply of the further conveying gas and is conveyed in the direction of the burner chamber.

Die vorgenannte Brennervorlage 20 im Bereich 12 der Förderleitung 11, 12, 13, dient gleichzeitig als Schleuse in Form einer Materialsäule aus dem Brennstoff-Gasgemisch, das aufgrund seiner Höhe einen hydrostatischen Druck im Bereich 13 der Förderleitung 11, 12, 13 erzeugt. Da aufgrund der Reibungskräfte in der Förderleitung 11, 12, 13 zwischen Materialaufgabestelle und Öffnung 18 Druckverluste entstehen, sollte der hydrostatische Druck aus der Brennervorlage 20 mit diesen Druckverlusten im Gleichgewicht stehen. Somit kann gewährleistet werden, dass der erforderliche Fließzustand des Brennstoff-Gasgemischs fortwährend ohne Störungen in Form von Pfropfen aufrechterhalten werden kann. Damit kann das Brennstoff-Gasgemisch stets förderbar an dem zweiten Anschluss, 17, der Splitterdüse, anstehen. Zur Überwachung der Höhe der Materialsäule ist daher in der Förderleitung 11, 12, 13 ein Sensor 24 zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes angeordnet. Dieser Sensor 24 ist wiederum über die Prozessleittechnik (PLC) mit der Brennstoffzuführeinrichtung, in diesem Fall der Vordosierung verbunden. Der Füllstand in der Brennervorlage dient damit als Führungsgröße für die pneumatische Vorförderung und damit für die Zufuhr des Brennstoffs in die erste Förderleitung 11.The aforementioned burner template 20 in the area 12 the support line 11 . 12 . 13 , At the same time serves as a lock in the form of a column of material from the fuel-gas mixture, which due to its height a hydrostatic pressure in the range 13 the support line 11 . 12 . 13 generated. Because of the frictional forces in the delivery line 11 . 12 . 13 between material feed point and opening 18 Pressure losses should arise should the hydrostatic pressure from the burner master 20 be in equilibrium with these pressure drops. Thus, it can be ensured that the required flow state of the fuel-gas mixture can be maintained continuously without disturbances in the form of grafting. Thus, the fuel-gas mixture can always be conveyed to the second port, 17, the splitter nozzle pending. To monitor the height of the column of material is therefore in the delivery line 11 . 12 . 13 a sensor 24 arranged for continuous measurement of the level. This sensor 24 is in turn connected via the process control system (PLC) with the fuel supply device, in this case the predosing. The level in the burner master thus serves as a reference variable for the pneumatic pre-feed and thus for the supply of the fuel in the first delivery line 11 ,

Bei der Ausführungsform nach 1 weist der Brenner 1 ein austauschbares Mundstück 23 auf, das einen Teil der Förderleitung13, den zweiten Anschluss 17 für das Zusatzgas in Form einer Splitterdüse und die zweite Förderleitung 19 umfasst. Das austauschbare Mundstück 23 kann beispielsweise mittels eines Gewindes oder eines Flansches mit der Förderleitung 12 verbunden werden. Dadurch kann die Geometrie der Öffnung 18, sowie der Splitterdüse und der zugehörigen Öffnungen 171 je nach Bedarf verändert werden.In the embodiment according to 1 points the burner 1 a replaceable mouthpiece 23 on, part of the delivery line 13, the second connection 17 for the additional gas in the form of a splitter nozzle and the second delivery line 19 includes. The exchangeable mouthpiece 23 For example, by means of a thread or a flange with the delivery line 12 get connected. This can change the geometry of the opening 18 , as well as the splitter nozzle and the associated openings 171 be changed as needed.

2 zeigt die Druckverhältnisse des Brennstoff-Gasgemisches im Bereich der ersten Förderleitung aus 1. Je nach Höhe der Materialsäule in der Brennervorlage erhöht sich der hydrostatische Druck PBV. Im Idealfall ist dieser so groß, dass er im Gleichgewicht mit den Druckverlusten steht, die sich über die Länge der Förderleitung zwischen Brennervorlage und Mündungsöffnung ergeben, so dass das Brennstoff-Gasgemisch an der Mündungsöffnung der Förderleitung drucklos in den Brennerraum gefördert wird. 2 shows the pressure conditions of the fuel-gas mixture in the region of the first delivery line 1 , Depending on the height of the column of material in the burner master, the hydrostatic pressure P BV increases . Ideally, this is so large that it is in equilibrium with the pressure losses that arise over the length of the delivery line between the burner master and the mouth, so that the fuel gas mixture is conveyed at the mouth opening of the delivery line without pressure in the burner chamber.

3 zeigt den Verlauf des Massestroms des durch einen erfindungsgemäßen Brenner geförderten Brennstoff-Gasgemischs, ṁB spiegelt den tatsächlichen geförderten Massenstrom des Brennstoff-Gasgemischs, während ṁD den Mittelwert des Massenstroms aufzeigt. Aus dem Diagramm wird deutlich, dass im betrachteten Teillastbetrieb des Brenners das Brennstoff-Gasgemisch dem Brennerraum getaktet zugeführt werden kann, während insgesamt ein konstanter Massenstrom zugefördert wird. Dadurch kann im Teillastbetrieb des Brenners für eine konstante Brennleistung bei gleichzeitiger Minimierung der Stickoxide NOx gesorgt werden. 3 shows the course of the mass flow of the funded by a burner according to the invention fuel-gas mixture, ṁ B reflects the actual delivered mass flow of the fuel-gas mixture, while ṁ D shows the average value of the mass flow. From the diagram it is clear that in the considered part-load operation of the burner, the fuel-gas mixture can be supplied clocked the burner space, while a total of a constant mass flow is conveyed. As a result, in the partial load operation of the burner for a constant burning power while minimizing the nitrogen oxides NOx are taken care of.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennerburner
11, 12, 1311, 12, 13
erste Förderleitungfirst support line
1414
Ventileinrichtung (zum Öffnen und Schließen des ersten Anschlusses für das Zusatzgas)Valve device (for opening and closing the first connection for the additional gas)
1515
Ventileinrichtung (zum Öffnen und Schließen des zweiten Anschlusses für das Zusatzgas)Valve device (for opening and closing the second connection for the additional gas)
1616
erster Anschlussfirst connection
1717
zweiter Anschlusssecond connection
171171
Öffnungen am zweiten AnschlussOpenings at the second port
1818
Öffnung des Brenners zum Brennraum, MündungsöffnungBurner opening to the combustion chamber, mouth opening
1919
zweite Förderleitungsecond funding line
2020
BrennervorlageBrenner template
2121
Regeleinrichtungcontrol device
2222
Ventilatorfan
2323
austauschbares Mundstückreplaceable mouthpiece
2424
Sensor zur kontinuierlichen FüllstandsmessungSensor for continuous level measurement
2525
Sensor zur DruckmessungSensor for pressure measurement
3030
zweite Fördergaszuführeinrichtungsecond Fördergaszuführeinrichtung

Claims (10)

Brenner (1) für einen Brennraum zur Verbrennung von pulverförmigen oder staubförmigen festen Brennstoffen mit - einer ersten Fördergaszuführeinrichtung und einer Brennstoffzuführeinrichtung zur Herstellung eines fluidisierten Brennstoff-Gasgemisches, - einer ersten Förderleitung (11, 12, 13) zum Transport des Brennstoff-Gasgemischs in den Brennraum, - einer zweiten Fördergaszufuhreinrichtung (30) zur Zuführung von Zusatzgas in die erste Förderleitung (13), dadurch gekennzeichnet, dass - als Schleuse in der Brennstoffzuführvorrichtung oder in der ersten Förderleitung (11, 12, 13) eine Brennervorlage (20) in Form einer Materialsäule des fluidisierten Brennstoff-Gasgemischs angeordnet ist und - zur getakteten oder modulierten Zuführung des Brennstoff-Gasgemischs an eine dem Brennraum zugewandte Öffnung (18) - in der ersten Förderleitung (12) ein erster Anschluss (16) in einem Abstand d1 und ein zweiter Anschluss (17) in einem Abstand d2 vor der Öffnung (18) - für die zweite Fördergaszuführeinrichtung (30) vorgesehen ist, durch welche das Zusatzgas mittels zweier Ventileinrichtungen (14, 15) in die erste Förderleitung (13) eingebracht wird.A burner (1) for a combustion chamber for combustion of pulverulent or pulverulent solid fuels with - a first Fördergaszuführeinrichtung and a Brennstoffzuführeinrichtung for producing a fluidized fuel-gas mixture, - a first delivery line (11, 12, 13) for transporting the fuel-gas mixture in the Combustion chamber, - a second Fördergaszufuhreinrichtung (30) for supplying additional gas into the first delivery line (13), characterized in that - as a lock in the Brennstoffzuführvorrichtung or in the first delivery line (11, 12, 13) a burner template (20) in the form a material column of the fluidized fuel-gas mixture is arranged and - for clocked or modulated supply of the fuel-gas mixture to a combustion chamber facing the opening (18) - in the first delivery line (12) a first port (16) at a distance d1 and a second port (17) at a distance d2 in front of the opening (18) - is provided for the second Fördergaszuführeinrichtung (30) through which the additional gas means two valve devices (14, 15) in the first conveying line (13) is introduced. Brenner (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffzuführeinrichtung oder in der ersten Förderleitung (11,12, 13) ein Sensor (24) zur kontinuierlichen Messung des Füllstands und/oder ein Sensor (25) zur kontinuierlichen Messung des Drucks in Transportrichtung des Brennstoffs vor der Brennervorlage (20) vorgesehen ist.Burner (1) according to Claim 1 , characterized in that in the fuel supply or in the first delivery line (11,12, 13), a sensor (24) for continuously measuring the level and / or a sensor (25) for continuously measuring the pressure in the transport direction of the fuel before the burner master (20) is provided. Brenner (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit dem Sensor (24) zur kontinuierlichen Messung des Füllstands eine Regeleinrichtung für die Prozessleittechnik und dementsprechend zur Regelung der Höhe der Materialsäule des Brennstoff-Gasgemisches vorgesehen ist.Burner (1) according to Claim 2 , characterized in that in conjunction with the sensor (24) for continuous measurement of the level, a control device for the process control technology and, accordingly, to control the height of the column of material of the fuel-gas mixture is provided. Brenner gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit dem Sensor (25) zur Messung des Drucks eine Regeleinrichtung (21) zur Regelung des Überdrucks in Transportrichtung des Brennstoffs vor der Materialsäule unter Verwendung eines Ventilators (22) vorgesehen ist.Burner according to Claim 2 or 3 , characterized in that in conjunction with the sensor (25) for measuring the pressure, a control device (21) for controlling the overpressure in the transport direction of the fuel in front of the material column using a fan (22) is provided. Brenner gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Förderung des Zusatzgases eine zweite Förderleitung (19) koaxial zur ersten Förderleitung (13) vorgesehen ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that for conveying the additional gas, a second delivery line (19) is provided coaxially with the first delivery line (13). Brenner gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Förderleitung (11, 12, 13) an ihrem dem Brennerraum zugewandten Ende ein austauschbares Mundstück (23) aufweist, das wenigstens einen Teil der ersten Förderleitung (13), die dem Brenner zugewandte Öffnung (18) und den zweiten Anschluss (17) für die Zusatzluft umfasst.Burner according to Claim 5 , characterized in that the first conveying line (11, 12, 13) at its end facing the burner chamber an exchangeable mouthpiece (23), the at least a portion of the first conveying line (13), the burner facing the opening (18) and the second connection (17) for the additional air comprises. Brenner gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Förderleitung (19) gegenüber der dem Brenner zugewandten Öffnung (18) der ersten Förderleitung (11, 12, 13) stirnseitig verschlossen ist.Burner according to Claim 5 or 6 , characterized in that the second conveying line (19) opposite the burner facing the opening (18) of the first conveying line (11, 12, 13) is closed at the end. Brenner gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschluss (17) zur Zuführung des Zusatzgases als Splitterdüse mit radial angeordneten Öffnungen (171) oder Kanälen vorgesehen ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the second connection (17) for supplying the additional gas is provided as a splitter nozzle with radially arranged openings (171) or channels. Verfahren zur Zuführung eines Brennstoff-Gasgemischs zu einem Brennraum - bei welchem ein in einem Fördergas fluidisierter pulverförmiger oder staubförmiger fester Brennstoff in einer ersten Förderleitung (12, 13) transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Materialsäule des Brennstoff-Gasgemischs in der ersten Förderleitung (12, 13) über ihren hydrostatischen Druck die Druckverluste in der Förderleitung (12, 13) zwischen Öffnung (18) und Brennstoffzuführeinrichtung ausgleicht derart, dass das Brennstoff-Gasgemisch ohne Unterbrechung in Form einer Fließförderung zur Öffnung (18) fließt, - dem Brennstoff-Gasgemisch vor der dem Brennraum zugewandten Öffnung (18) der ersten Förderleitung (12, 13) über eine zweite Förderleitung (19) Zusatzgas zugeführt wird, indem das Zusatzgas an einen ersten (16) und/oder einen zweiten (17) Anschluss in die erste Förderleitung (12, 13) eingebracht wird, derart, dass eine zeitlich modulierte Zuführung des Brennstoff-Gasgemischs über die Gaszuführung erfolgt.Method for supplying a fuel-gas mixture to a combustion chamber - in which a pulverized or dusty solid fuel fluidized in a conveying gas in a first conveying line (12, 13) is transported, characterized in that - a column of material of the fuel-gas mixture in the first conveying line (12, 13) via their hydrostatic pressure, the pressure losses in the delivery line (12, 13) between the opening (18) and fuel supply compensates such that the fuel-gas mixture flows without interruption in the form of a flow promotion to the opening (18), - the fuel Gas mixture before the combustion chamber facing opening (18) of the first delivery line (12, 13) via a second feed line (19) additional gas is supplied by the additional gas to a first (16) and / or a second (17) connection in the first delivery line (12, 13) is introduced, such that a time-modulated supply of the fuel Gasg emischs via the gas supply takes place. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Materialsäule h in Abhängigkeit von der Abgabemenge des Brennstoff-Gasgemischs um einen Mittelwert variiert.Method according to Claim 9 , characterized in that the height of the material column h varies depending on the discharge amount of the fuel-gas mixture by an average value.
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