VERTIKAL VERFAHRBARE BRENNERANORDNUNG

Die Neuerung betrifft einer Brennervorrichtung zum Verbrennen unterschiedlicher Brennstoffe aufweisend eine Brennkammer, einen Brennersitz und einen Brenner, der in der Brennkammer angeordnet ist und eine vertikal ausgerichtete Flamme ausbildet.

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Herstellung von Zementklinker wird gemahlenes Gesteinsmehl mit hohem Kalksteinanteil entgegen dem Fluss eines Gasstroms unter Abgabe von CO ₂ aus dem Carbonatanteil in der Gas/Feststoffphase umgewandelt und anschließend in der Feststoffphase zu Zementklinker gesintert. Dabei wird das Gesteinsmehl zunächst in einer Vorwärmstufe durch die heißen Abgase eines Drehrohrofens erwärmt, dann in einem Calcinator erhitzt, um die Entsäuerungsreaktion vorzunehmen, bei welcher der Kalkstein unter formalem Verlust von CO ₂ zu gebranntem Kalk umgewandelt und dann in einen Drehrohrofen geleitet wird, in welchem das Sintern mit silikathaltigem Gestein zu Zementklinker vorgenommen wird. Damit innerhalb des Calcinators eine nahezu vollständige endotherm stattfindende Entsäuerung geschieht, wird dem Calcinator weitere Wärme durch einen Brenner zugeführt.

Da der Energiebedarf zum Entsäuern recht hoch ist, wird häufig auch auf niederwertige und daher kostengünstige Brennstoffe, wie getrockneter und zerkleinerter Hausmüll, granulierte Altreifen, Sondermüll in Form von brennbaren Lösemittelabfällen, aber auch zerkleinertes Biomaterial, wie Stroh oder Holzspäne zurückgegriffen. Neben den niederwertigen Brennstoffen kommen auch andere Brennstoffe, wie beispielsweise Petrolkoks oder Kohlestaub oder Mischungen von Brennstoffen unterschiedlicher Qualität in Betracht. Die niederwertigen Brennstoffe weisen häufig nicht nur einen geringen kalorischen

Brennwert auf, sondern sind dazu auch noch inhomogen. Das bedeutet für die Nutzung dieser Brennstoffe, dass die Qualität der Flamme stets mit der Brennstoffqualität variiert.

Um die Qualität der Verbrennung in Bezug auf NO _x -Bildung besser kontrollieren zu können, wird in modernen oder modernisierten Anlagen zur Herstellung von Zementklinker eine Brennkammer neben dem Calcinator angeordnet, wobei die Flamme in der Brennkammer in vertikaler Richtung aus einem Brenner austritt. Die heißen Brennergase aus der Flamme werden sodann über einen Auslaufschacht in den Calcinator zur Entsäuerung des Kalksteins geleitet. Da die durch den Brenner umgesetzte Energie trotz der niederwertigen Brennstoffe relativ hoch ist, ist es notwendig, die Wände der Brennkammer mit einer feuerfesten Beschichtung auszukleiden. Zusätzlich wird die Flamme des Brenners in der Brennkammer von einem Wirbel aus ungebranntem Rohmehl umschlossen, der die Wandungen durch Wärmeabsorption kühlt und wobei das zur Kühlung eingesetzte Rohmehl entsäuert. Durch den Wirbel werden aber nur die seitlich der Flamme liegenden Wandungen der Brennkammer vor der Strahlungshitze der Brennerflamme geschützt. Daher ist es notwendig, den oberhalb der Brennerflamme liegenden Teil der Wandungen der Brennkammer durch entsprechend großen Abstand vor zu großer Strahlungshitze zu schützen, damit diese nicht vorzeitig durch die Hitze altert und Schaden nimmt. Wird im Betrieb einer Anlage, die von dem niederwertigen Brennstoff Gebrauch macht, der Brennstoff gleich aus welchem Grund gewechselt, so passiert es gelegentlich, dass die Anlage zwar zunächst problemlos arbeitet, jedoch wird die feuerfeste Ausmauerung über der Position des Brenners in der Brennkammer so stark beschädigt, dass die Brennkammer nach bestimmter Zeit nicht mehr nutzbar ist.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Flammabstand in der Brennkammer vom Brennerkopf zur Flammfront in Abhängigkeit vom gewählten Brennstoff variiert. Bei manchen Brennstoffen, beispielsweise Petrolkoks, ist der Flammabstand zum Brennerkopf recht kurz und Petrolkoks brennt mit sehr heißer Flamme. Bei anderen Brennstoffen,

die nicht gut zünden, ist beobachtbar, dass der Flammabstand von Flammfront zu Brennerkopf mitunter recht groß sein kann. Ein Brenner, der fest in eine Brennkammer eingebaut ist, bildet also seine Flamme an unterschiedlichen Orten in der Brennkammer der Brennkammer in Abhängigkeit vom gewählten Brennstoff. üblicherweise wird der Brenner auf einen einmal gewählten Brennstoff eingestellt. Wird nun ein anderer Brennstoff mit kürzerem Flammabstand zum Brennerkopf eingesetzt, führt dies dazu, dass der obere Raum über dem Brenner, dessen Flamme nach unten gerichtet ist, durch die Strahlungshitze Schaden nimmt und zwar dann, wenn der Flammanstand eher kurz ist. Zwar werden die inneren Wände der Brennkammer üblicherweise durch den oben genannten Rohmehlschleier gekühlt. Diese Kühlung funktioniert jedoch nicht im Raum der Brennkammer unterhalb des Brenners, aber dennoch oberhalb des Rohmehlschleiers.

Wünschenswert wäre es, wenn man den Flammabstand einstellen könnte, damit der Raum unterhalb des Brenners, aber oberhalb des Rohmehlschleiers vor Strahlungshitze geschützt ist.

Obwohl der Flammabstand von der Injektionsgeschwindigkeit des Brennstoffes und von der Geschwindigkeit der sich ausbreitenden Flammfront abhängt und durch Einstellung der Injektionsgeschwindigkeit eine Flammposition relativ zum Brennerkopf einstellbar wäre, ist diese Lösung wenig praktikabel. Zu viele Betriebsparameter müssten kontrolliert werden, damit ein stabiler Betrieb des Brenners möglich ist. Des weiteren bildet die in die Verbrennungsluft injizierte Brennstofffront einen abnehmenden Geschwindigkeitsgradienten aus, wobei sich die Position der Flammfront an der Stelle ausbildet, an der die sich Flammausbreitungsgeschwindigkeit des Brennstoffes im Gleichgewicht mit dem durch die Verbrennungsluft gebremsten Brennstoff befindet. Bei Brennstoffen mit geringer Flammausbreitungsgeschwin- digkeit, beispielsweise wegen eines hohen Flammpunktes, bildet sich die Flamme erst weit von der Injektionsstelle entfernt, bei Brennstoffen mit höherer Flammausbreitungsgeschwindigkeit hingegen bildet

sich die Flammfront nahe an der Injektionsstelle, also in der Nähe des Brennerkopfes.

Aufgabe der Neuerung ist es daher, eine Brennervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Möglichkeit zur Einstellung der Flammposition innerhalb der Brennkammer in Abhängigkeit vom gewählten Brennstoff zu Verfügung stellt.

OFFENBARUNG DER NEUERUNG

Die neuerungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Brennersitz eine Verstellmöglichkeit für eine unterschiedliche Brennerposition des Brenners in der Brennkammer aufweist. Weitere Ausgestaltungen der Neuerung werden in den Unteransprüchen gegeben.

Durch eine verstellbare Position eines Brenners, also durch die Möglichkeit des Ein- und wieder Ausfahrens eines Brenners in die oder aus der Brennkammer, kann die Flammposition für einen einmal gewählten Brennstoff eingestellt werden. Für gut zündende Brennstoffe mit sich schnell ausbreitender Flammfront und Position der Flammwurzel nahe am Brenner wird zum Schutz der oberen Brennkammerwandung der Brenner tief in den konisch geformten Kopf der Brennkammer eingetaucht und für schlecht zündende Brennstoffe mit sich langsam ausbreitender Flammfront und Position der Flammwurzel entfernt vom Brenner wird der Brenner aus dem konisch geformten Kopf der Brennkammer herausgezogen. Durch diese Maßnahme kann der Abstand der heißen Flamme von der Wandung im konisch geformten Kopf der Brennkammer über dem Brenner eingestellt und so eine übermäßige Strahlungshitze, welche die Wandung der Brennkammer langsam zerstört, verhindert werden.

Die Neuerung wird anhand der folgenden Figur näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine Skizze eines neuerungsgemäßen Brenners mit variablem Brennersitz

In Figur 1 ist eine neuerungsgemäße Brennervorrichtung 1 zur Verbrennung verschiedener Brennstoffe 2 dargestellt. Die Brennervorrichtung 1 weist einen Brenner 3 in einem Brennersitz 4 innerhalb dessen der Brenner 3 in seiner Eintauchtiefe in eine Brennkammer 5 verstellbar ist. Zur Kühlung der Wandungen 6 der Brennkammer 5 wird Rohmehl 7 als Wirbel 8 in die Brennkammer 5 tangential zum Umfang der Brennkammer 5 durch die Einlassöffnung 7a eingedϋst, wobei der Wirbel 8 eine aus dem Brenner 3 austretende Flamme 9 umschließt und Strahlungshitze von der Flamme 9 absorbiert. Bei der Absorption der Strahlungshitze wird das zur Kühlung eingedüste Rohmehl 7 zumindest teilweise entsäuert, wobei die endotherme Entsäuerungsreaktion einen erheblichen Wärmeanteil der Absorption ausmacht. Die heißen Gase der Flamme 9 verlassen gemeinsam mit dem Rohmehl 7 die Brennkammer 5 durch einen Auslaufschacht 10 in einen Calcina- tor zur Entsäuerung des größten Teils des im Prozess umzuwandelnden Rohmehls. Neuerungsgemäß ist vorgesehen, dass der Brenner 3 in seinem Brennersitz 4 in der Höhe verstellbar ist, wie durch den Doppelpfeil in der Skizze auf dem Brenner 3 angedeutet ist. Durch die Höhenverstellung des Brenners 3 wird zwangsläufig die Position der Flamme 9 mit verändert, so dass die Flammfront 1 1 mit der Position des Brenners 3 variiert. Dabei wird der Abstand der Flamme 9 von den oberen Wandungen 12 der Brennkammer 5 verändert und kann für Brennstoffe 2 mit sich unterschiedlich schnell ausbreitenden Flammfronten 1 1 so eingestellt werden, dass der oben genannte Abstand zwischen Flamme 9 und oberen Wandungen 12 möglichst groß ist, um die Strahlungshitze der Flamme 9, die auf die oberen Wandungen 12 der Brennkammer 5 einwirkt, gering zu halten. Je nach Position der Einlassöffnung 7a für das zur Kühlung eingesetzte Rohmehl 7 kann auch der Bereich der Wandung 13 der Brennkammer 5, der zwischen der Einlassöffnung 7a und dem Kopf des Brenners 3 angeordnet ist, vor zu intensiver Strahlungshitze geschützt werden.

Die Brennkammer 5 kann zylinder- oder konusförmig sein und wahlweise konisch zulaufende oder zylindrische ausgeformte Dach- und Bodenteile aufweisen. Die Bauform ist individuell frei wählbar und an die jeweiligen Verhältnisse der Anlage anzupassen. Neben dem Brennersitz 4 kann wahlweise auch die Injektionsgeschwindigkeit des Brennstoffes 2 in das Brennergehäuse 5 einstellbar sein, wodurch eine noch größere Variabilität in Bezug auf die Position der Flamme 9 in Betrieb erreichbar ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Neuerung kann auch der Aufweitungswinkel einstellbar sein unter dem der Brennstoff 2 durch den Brenner 3 in die Brennkammer 5 injiziert wird. Wird der Brennstoff 2 ohne Aufweitungswinkel in die Brennkammer 5 injiziert, so bildet sich die Flammfront 1 1 weit vom Kopf des Brenners 3 entfernt. Wird jedoch der Brennstoff 2 unter einem Aufweitungswinkel von einigen Grad in die Brennkammer 5 injiziert, so ragt die Flammfront 1 1 nahe an den Kopf des Brenners 3 heran.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Brennervorrichtung 8 Wirbel

2 Brennstoff 9 Flamme

3 Brenner 10 Auslaufschacht

4 Brennersitz 11 Flammfront

5 Brennkammer 12 Wandung

6 Wandung 13 Wandung

7 Rohmehl

7a Einlassöffnung