Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere Strahlbrenner, zur Verbrennung von staubförmigem Brennstoff, insbesondere Braunkohle, mit wenigstens einem Brennstoffkanal mit einer in Richtung auf eine Brennkammer gerichteten Mündung und mit wenigstens einer in Richtung auf die Brennkammer gerichteten Luftdüse, wobei der Brennstoff durch den Brennstoffkanal in die Brennkammer eingeblasen wird und wobei der Brennstoffkanal einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

Für eine NO _x -arme Verbrennung in einem Braunkohlekessel haben sich Strahlbrenner bewährt. Dabei wird der Brennstoff in rechteckigen Querschnitten geführt und in die Brennkammer eingeblasen.

Braunkohlebrenner arbeiten meistens als reine Parallelstrombrenner mit verzögerter Mischung von Luft und Kohlenstaub durch die räumliche Trennung von Luft- und Staubdüsen. Die Mischbereiche zwischen Luft und Staub werden so minimiert, dass Zonen mit hohen lokalen Luftüberschüssen vermieden werden. Durch den Aufbau der Brenner mit Unterluft-, Mittelluft - und Oberluft und den dazwischen angeordneten separaten Kohlenstaubdüsen wird die Brennstoff-Luftstufung am Brenner

gewährleistet. Die einsetzende Verbrennung wird dort intensiviert, wo Sekundärluft in die bereits unterstöchiometrisch reagierenden Zonen eingemischt wird. Durch Reduzierung der Luftzahlen am Brenner wird die Verbrennungstemperatur in der Hauptverbrennungszone gesenkt und damit gleichzeitig die Bildung von thermischen Stickoxiden vermindert. Um eine gute Zündung zu gewährleisten, darf das Luft-/Brennstoff-Gemisch an der Brennermündung nicht zu fett (λ « 1) und nicht zu mager (λ » 1) sein. Beim konzentrierten Einblasen des Kohlenstaubes werden die flüchtigen Bestandteile aus dem Brennstoff schnell umgesetzt. Damit wird die Verbrennung schnell unterstöchiometrisch. Der Volumenstrom des Traggases ist allerdings nicht frei wählbar, sondern abhängig vom Austragsverhalten der Mühle.

Die Zündung der Kohlenstaubflamme erfolgt im Bereich lokaler Unterstöchiometrie an den Schnittflächen zwischen Sekundärluft und dem Kohlenstaub-Traggasgemisch und somit NO - arm. Für die verzögerte Einmischung sind die Impulsverhältnisse und der Abstand zwischen der Sekundärluft und Kohlenstaubdüse von maßgeblicher Bedeutung. So sollten im Schnitt die Austrittsgeschwindigkeit des Primärstroms ca. 20 m/s und die Geschwindigkeit der Sekundärluft ca. 50 m/s betragen. Durch diese hohe Geschwindigkeitsdifferenz vermischen sich diese beiden Ströme nach den Gesetzen der Freistrahlausbreitung. Nach vollständiger Mischung von Sekundärluft und Traggas besteht ein Luftverhältnis Oberkante Brenner von kleiner 1.

Durch den Austrittsimpuls des Kohlenstaub-Traggas-Gemisches bildet sich eine äußere Rezirkulationsströmung heißer Rauchgase aus, welche an den Brennerseiten mit dem Kohlenstaub in Kontakt kommen. Durch den neben der Strahlungsenergie zusätzlichen Wärmetransport findet eine sehr schnelle Pyrolyse und

Flüchtigenfreisetzung statt und trägt so hauptsächlich zur schnellen Ausbildung eines unterstöchiometrischen Gebietes bei.

Zur Stabilisierung der Zündung an der Kohlenstaubdüse wird Kernluft, über separate Düsen direkt in das Kohlenstaub-Traggas-Gemisch eingeblasen. Durch die

konstruktive Gestaltung der Kernluftzuführung werden die sog. ,Staubfinger' vor zu großer thermischer Einstrahlung geschützt.

Die Zündung der Kohlenstaubflamme erfolgt nur lokal an den Schnittflächen zwischen Sekundärluft und dem Kohlenstaub-Traggasgemisch. Dies kann aufgrund von geometrischen Gegebenheiten zu einer deutlichen Verzögerung bei der Zündung führen. Ebenfalls kann es durch diese lokale Zündung passieren, dass der Kohlenstaub nicht komplett verbrennt und dadurch der Wirkungsgrad sinkt und die

Brennstoffmenge erhöht werden muss. Ein gattungsgemäßer Strahlbrenner ist aus der DE 44 16 945 Cl bekannt. Auch dort sind im Brennstoffkanal bereits von den Kernluftkanälen gebildete sog.

„Kernluftkreuze" vorhanden, die jeden Brennstoffkanal in mehrere kleine Teilkanäle ausbilden, hierdurch wird aber der Widerstand im Brennkanal durch die Erhöhung der Wandflächen vergrößert, was zu Ablagerungen von Brennstoff führen kann.

Ein weiterer bekannter Strahlbrenner ist in der EP 1 731 832 AI beschrieben, dort sind seitlich der Brennstoffkanäle Seitenluftdüsen vorgesehen, welche zu einer Verwirbelung der Kohlenstaubsträhne nach dem Austritt in die Brennkammer führen sollen.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Brennstoffkanäle mit rundem Querschnitt und runden Austrittsöffnungen auszuführen, was jedoch zu einem deutlichen höheren Druckverlust führt [EP 0 670 454 AI). Hierbei besteht jedoch die Gefahr von

Staubablagerungen und somit einer Querschnittsverengung, Reduzierung der

Drallströmung und einer deutlichen Erhöhung des Druckverlustes.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch die Aufprägung eines Dralls die Kohlenstaubsträhne teilweise aufzubrechen und somit eine frühere Zündung und besseren Ausbrand der Kohle bei weiterhin niedrigen Emissionswerten zu erreichen. Der konstruktive Aufwand ist im Vergleich zu einer vollständigen Neukonstruktion eines Brenners wesentlich geringer. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Brenner mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch, dass in dem wenigstens einen Brennstoffkanal eine Vielzahl von Leitelementen zum Aufbringen einer wenigstens teilweise rotierenden oder verwirbelnden Strömung angeordnet ist und dass die Leitelemente nur im Bereich der Wandungen des Brennstoffkanals angeordnet sind, so dass ein innerer Bereich frei von Einbauten bleibt. Erfindungsgemäß werden in den Brennstoffkanälen zusätzlich mehrere Leitelemente installiert. Diese sollten möglichst so angeordnet werden, dass eine teilweise geleitete Strömung beispielsweise in Form einer Drallbewegung bis zum Eintritt in die

Brennkammer vollständig aufgeprägt wird, ohne dass es zu Ablagerungen des Kohlenstaubs kommt. Der innere Staubquerschnitt bleibt frei, so dass eine

Teilströmung dem alten Prinzip des Stahlbrenners folgt, während der andere

Teilstrom früher eingemischt wird. Durch die Vielzahl von Leitelementen lässt sich ein sehr gleichmäßiger Einfluss auf die gesamte Strömung ausüben. Die Leitelemente sind erfindungsgemäß nur im Bereich der Wandungen des Brennstoffkanals angeordnet, so dass ein innerer Bereich frei von Einbauten bleibt.

Auf diese Weise wird erfindungsgemäß erreicht, durch die Aufprägung einer teilweise geleiteten Strömung oder durch Erzeugung einer örtlich bestimmten Turbulenz, den Kohlenstaub teilweise früher in die Sekundärluft einzumischen und somit eine frühere Zündung und einen besseren Ausbrand der Kohle, bei weiterhin niedrigen

Emissionswerten, zu erreichen.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind in jedem Brennstoffkanal eine Mehrzahl von Kernluftrohren angeordnet.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Brennstoffkanal eine Vielzahl von Leitelementen angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich ein sehr gleichmäßiger Einfluss auf die gesamte Strömung ausüben. Bevorzugt sind die verwendeten Leitelemente als Drallkörper, Umlenkkörper oder Querschnittsverengungskörper ausgebildet. Als Leitelemente eignen sich beliebige geometrische Formen, die in ihrer Gesamtheit die Aufprägung eines gewünschten rotierenden oder verwirbelnden Strömungsverlauf des Kohlenstaub- Traggasgemisches erzeugen. Im Rahmen der Erfindung wird unter Drallkörper ein Element verstanden, durch welches die Strömung in eine drehende Bewegung versetzt wird. Vorzugsweise wird dazu ein gerades oder gebogenes Blech verwendet. Als Umlenkkörper wird ein Element bezeichnet, um welches die Staubströmung herum strömt und hinter dem Element, also auf der strömungsabgewandten Seite, ein Unterdruckgebiet erzeugt. Aufgrund dieses Unterdruckgebietes werden lokale komplexe Strömungsturbulenzen erzeugt. Schließlich ist im Sinne der Erfindung ein Querschnittsverengungskörper ein Element, durch welches der Strömungsquerschnitt im Staubkanal verengt wird und somit eine gerichtete Strömung erzeugt wird. Auch hier werden auf der strömungsabgewandten Seite des Elements aufgrund eines Unterdruckgebietes Strömungsturbulenzen erzeugt.

Alle verschiedenen Arten der Leitelemente lassen sich erfindungsgemäß auch in Kombination einsetzen.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, die Querschnittsverengungskörper nur auf einer Seitenwandung des Brennstoffkanals anzuordnen. Es ist jedoch auch möglich, diese an zwei, drei oder allen Seitenwänden anzuordnen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Kernluftrohre für jeden Brennstoffkanal als Kernluftkreuze ausgebildet und teilen den Brennstoffkanal in einzelne Teilkanäle auf. Dazu ist es besonders zweckmäßig, wenn die Kernluftrohre in einer gemeinsamen Verkleidung angeordnet sind, welche das Kernluftkreuz bilden.

Eine besonders gute Wirkung der Leitelemente wird dann erreicht, wenn gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung jedes Kernluftkreuz bis zur Mündung des Brennstoffkanals verläuft. Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Brennstoffkanal vor seiner Mündung in die Brennkammer eine Aufweitung aufweist.

Zweckmäßigerweise sind die erfindungsgemäßen Leitelemente im Bereich dieser Aufweitung angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Brennerspiegel eines Strahlbrenners, schematisiert,

Fig. 2 einen Strahlbrenner gemäß dem Brennerspiegel in Fig. 1 im

Vertikalschnitt,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Strahlbrenners in Seitenansicht,

Fig. 4 den Gegenstand aus Fig. 3 im Vertikalschnitt,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Strahlbrenners in Seitenansicht,

Fig. 6 den Gegenstand aus Fig. 5 im Vertikalschnitt,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Strahlbrenners in Seitenansicht,

Fig. 8 den Gegenstand aus Fig. 7 im Vertikalschnitt,

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Strahlbrenners in Seitenansicht und den Gegenstand aus Fig. 9 im Vertikalschnitt.

Der gattungsgemäße, in den Figuren 1 und 2 dargestellte Brennerspiegel weist in vertikaler Anordnung eine Oberluitdüse 1, Kühlluftdüsen 2, wenigstens eine

Kohlenstaub-Traggasgemisch Öffnung eines Brennstoffkanals 3 mit darin enthaltenen Kernluftrohren 4, wenigstens eine Mittelluftdüse 5 sowie eine Unterluftdüse 6 auf. Für die vorliegende Erfindung werden insbesondere die Brennstoffkanäle 3 betrachtet. Diese Brennstoffkanäle 3 werden jeweils durch sogenannte Kernluftkreuze 7, welche für die Anordnung der Kernluftrohre 4 verwendet werden, in einzelne Teilkanäle 3' aufgeteilt.

Die nachfolgenden Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele der

Erfindung: In den Figuren 3 und 4 wird das Kernluftkreuz 7 bis zur Mündung in die

Brennkammer verlängert, so dass die Kernluftrohre 4 mit Material umhüllt innerhalb einer die Wandungen des Kernluftkreuzes 7 bildenden Verkleidung 8, 9 liegen.

Dadurch werden die einzelnen Teilkanäle 3' bis zum Austritt räumlich separiert. In diesem verlängerten Bereich sind erfindungsgemäß mehrere Drallkörper 10 als Leitelemente angeordnet und der innere Bereich des Staubquerschnitts bleibt frei. Dadurch wird nur ein definierter Teil der Strömung in Rotation versetzt, während die restliche Strömung weitgehend rotationsfrei den Brenner verlässt.

Durch diese Aufteilung der Strömung wird ein Teil des Kohlenstaub- Traggasgemisches in Rotation versetzt und somit schneller in die Sekundärluft eingemischt, während der restliche Anteil nur langsam nach dem bereits bekannten Strahlbrennerprinzip eingemischt wird.

In den Figuren 5 und 6 sind als Umlenkkörper 11 ausgebildete Leitelemente in die Teilkanäle 3' eingebracht. Diese Umlenkkörper haben die Form von in die Teilkanäle 3' hineinragenden Zähnen. Die inneren Bereiche der Teilkanäle 3' bleiben auch hier frei. Nach dem Austritt aus den Teilkanälen 3' vermischen sich die einzelnen

Teilstaubströmungen und erzeugen auf der strömungsabgewandten Seite der Umlenkkörper 11 Turbulenzen. Dies führt ebenfalls zu einer sehr frühen teilweisen Einmischung in die Sekundärluft. Die Zündung erfolgt hier nur aufgrund der komplexeren Strömungen deutlich Undefinierter als bei der in den Figuren 3 und 4 beschriebenen Variante.

Die Figuren 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem in Fig. 7 erkennbar ist, dass jeder durch das Kernluftkreuz 7 gebildete Teilkanal 3' durch einen Strömungsverengenden Einbau 12 als Leitelement auf einen Teilkanalquerschnitt 3" verkleinert worden ist. Darüber hinaus sorgt eine entsprechende Aufweitung 13, wie deutlich aus Fig. 8 hervorgeht, für eine Aufweitung des Querschnitts jedes

Brennstoffkanals 3 vor seiner Mündung in die Brennkammer. Durch den als Blende wirkenden Querschnittsverengungskörper 12 werden am Brennkammeraustritt (auf der strömungsabgewandten Seite der Verengung) Turbulenzen erzeugt. Die

Querschnittsverengungskörper 12 können je nach Bedarf umlaufend auf allen

Seitenwänden oder nur auf einer einzelnen oder auch mehreren Wänden angeordnet sein. Durch die entstandene Querschnittsverengung entsteht auf der

strömungsabgewandten Seite ein Unterdruckgebiet, welches starke

Strömungsturbulenzen erzeugt und somit das Kohlenstaub-Traggasgemisch teilweise umlenkt und teilweise schneller in die Sekundärluft einmischt.

Im letzten Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 9 und 10 werden wiederum Querschnittsverengungskörper 14 verwendet, welche, anders als beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht mehr am brennkammerseitigen Austritt sondern vor dem sich aufweitenden Bereich 13 in den vom Kernluftkreuz 7 gebildeten Teilkanälen 3' angeordnet sind.