Die Erfindung betrifft einen Zentralbrenner für Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner- Systeme.

Derartige Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner-Systeme werden hauptsächlich in Heißgaserzeugern eingesetzt. Diese Heißgaserzeuger dienen beispielsweise dazu, Prozessgase, innerhalb von Kohlenmahlanlagen zum Beispiel in Anlagen zur Verhüttung von Eisenerz zu erhitzen oder finden Verwendung innerhalb von Kohlenmahlanlagen in Kohlevergasungsanlagen. Die erhitzten Prozessgase werden hierbei sowohl zur Förderung des gemahlenen Kohlenstaubs wie auch zur gleichzeitigen Mahltrocknung verwendet.

Zum Starten einer derartigen Mahl-Trocknungsanlage ist es erforderlich, sowohl den Heißgaserzeuger selbst zu erwärmen, das heißt warm zu fahren, wie auch die gesamte Mahl-Trocknungsanlage warmzufahren, die die Hauptkomponenten Mühle, Sichter, Filter, Mühlengebläse, Heißgaserzeuger, sowie entsprechenden Prozessgasleitungen aufweist. Beim Warmfahren einer derartigen Anlage ist es das Hauptziel, die Temperatur der Anlagenteile über den Wassertaupunkt anzuheben, damit es nicht zur Kondensation von Wasser innerhalb der Anlage kommen kann. Zum anderen müssen beim Mahlen von Kohle sauerstoffarme Bedingungen vorliegen, um Explosionen vorzubeugen. Derartige inerte Betriebszustände können unter anderem mittels der Verwendung von sauerstoffarmen Rauchgasen eines Heißgaserzeugers erreicht werden. Für diesen Anfahrprozess des Mahlkreislaufes müssen im Vergleich zum Hauptbetrieb sehr geringe Leistungen des Heißgaserzeugers vorliegen, damit es zu keinen temperaturseitigen Schäden in den Anlagenkomponenten kommt. Im Allgemeinen fordert man ein Regelverhältnis von 1 : 8 für einen Heißgaserzeuger für den Betrieb eines Mahlkreislaufs und ein Regelverhältnis von 1 : 40, wenn das Warmfahren des Gesamtsystems mitberücksichtigt wird. Das Regelverhältnis von 1 : 8 be- misst sich aufgrund der unterschiedlichen Feuchtigkeit des zu mahlenden und zu trocknenden Materials, bei unterschiedlichen Außentemperaturen sowie unterschiedlichen Durchsätzen der Mühle.

Zur Verbrennung in Heißgaserzeugern, insbesondere im Rahmen eines Mahl- Trocknungs-Prozesses, werden bevorzugt Gase verwendet, die in nachgeschalten- ten Prozessen, in denen der Kohlenstaub verwendet wird, anfallen oder erzeugt werden. Beispielsweise wird bei der Kohlevergasung Synthesegas erzeugt. Da jedoch diese Gase beim Anfahren der Anlage in den ersten Betriebszuständen noch nicht zur Verfügung stehen, ist es oft notwendig, die Heißgaserzeuger derart auszulegen, dass sie mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden können. Zum Start der Gesamtanlage, wie zum Hochfahren und für die erste Betriebsdauer, wird hierbei oft ein anderes Gas, wie beispielsweise Erdgas, verwendet. Sobald ausreichend Kohlestaub produziert wurde, kann mit der Kohlevergasung begonnen werden. Sobald auch dieser nachgeschaltete Prozess angelaufen ist, und Synthesegas erzeugt wird, ist es wünschenswert, den Heißgaserzeuger mit dem günstigeren Synthesegas zu betreiben. Es ist demnach erforderlich, dass der Brenner des Heißgaserzeugers mit beiden Brennstoffen jeweils 100% der erforderlichen Leistung für die nachgeschaltete prozesstechnische Anlage erreichen kann.

Aus der DE 196 27 203 C2 geht beispielsweise ein Mehrlanzenbrenner hervor. Des Weiteren ist der exemplarische Aufbau eines Heißgaserzeugers mit einem Brenner aus der DE 42 08 951 C2 bekannt.

Um den hohen geforderten Regelbereich von 1 : 40 mit einem Heißgaserzeuger realisieren zu können, weist dieser oft einen Brenner auf, der einen separaten Startbrenner besitzt. Dieser Startbrenner wird dazu benutzt den Heißgaserzeuger warmzufahren. Er wird auch für das Warmfahren der nachgeschalteten Anlagenkomponenten, beispielsweise innerhalb des Mahlkreislaufs, verwendet. Hierfür können die eigentlichen Brenner des Heißgaserzeugers nicht eingesetzt werden, da diese selbst bei geringster Leistung oft zu viel Wärme abgeben würden, sodass ein vorsichtiges Aufwärmen des Heißgaserzeugers und des nachgeschalteten Prozesses nicht sicher durchzuführen wäre.

Allerdings erfordert der zusätzliche Einbau eines Startbrenners erheblichen Aufwand. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass er nur für den Startprozess oder im Standby-Betrieb verwendet wird. Daher ist es wünschenswert, bei Brennern für Heißgaserzeuger auf einen separaten Startbrenner verzichten zu können und das Erwärmen des Heißgaserzeugers und des nachgeschalteten Prozesses direkt mit den Brennern des Heißgaserzeugers durchführen zu können. Dafür ist allerdings der zuvor beschriebene hohe Regelbereich von 1 : 40 erforderlich.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, einen Zentralbrenner für ein Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner-System zu schaffen, welcher mit unterschiedlichen Brennertypen betreibbar ist und einen hohen Regelbereich aufweist, so dass auf einen separaten zusätzlichen Startbrenner verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zentralbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren angegeben.

Gemäß Anspruch 1 ist beim erfindungsgemäßen Zentralbrenner eine Zentrallanze vorgesehen, welche ein Innenrohr und ein Außenrohr aufweist. Diese beiden Rohre sind zueinander koaxial ausgerichtet. Dabei ist das Innen- und das Außenrohr zueinander in radialer Richtung zum Ausbilden eines Ringspaltkanals beabstandet voneinander angeordnet. Durch diesen Ringspaltkanal sind Verbrennungsmedien leitbar. Das Außenrohr der Zentrallanze erstreckt sich von einer ersten Zuführungskammer zu einem Verbrennungsraum. Hierbei reicht das Außenrohr weiter in den Verbrennungsraum als das Innenrohr.

Um die Zentrallanze selbst sind mehrere Außenlanzen angeordnet, die sich zumindest von einer zweiten Zuführungskammer ebenfalls zu dem Verbrennungsraum erstrecken. In der Verlängerung des Ringspaltkanals zwischen dem Innen- und dem Außenrohr ist im Bereich des Endes des Innenrohres eine trichterartige Mischeinrichtung angeordnet. Diese weist im Bereich des Endes des Innenrohres eine Öffnung auf, die im Wesentlichen dem Durchmesser des Innenrohres entspricht. In der Verlängerung des Ringspaltkanals weist die Mischeinrichtung an ihrem anderen Ende eine weitere Öffnung auf, welche größer als der Durchmesser des Innenrohres jedoch kleiner als der Durchmesser des Außenrohres ausgebildet ist. In der Wandung der Mischeinrichtung sind Öffnungen zum Durchströmen von Verbrennungsmedien vorgesehen.

An jeder Außenlanze ist eine Düse angebracht, welche zumindest seitliche Öffnungen aufweist, die entlang der seitlichen Umfangsfläche der Düse asymmetrisch verteilt angeordnet sind. Zusätzlich ist vorgesehen, dass die Außenlanzen und/oder die Düsen der Außenlanzen zum Beeinflussen der Position der Öffnungen der Düsen in Bezug auf die Zentrallanze axial drehbar ausgebildet sind.

Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, einen Zentralbrenner für Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner-Systeme auszubilden, welcher selbst ein Regelverhältnis von 1 : 40 aufweist. Dies bedeutet, dass es mit diesem Zentralbrenner möglich ist, sowohl einen Heißgaserzeuger mit einem Mehrbrennstoff- Mehrlanzen-Brenner, welcher den erfindungsgemäßen Zentralbrenner aufweist, selbst zu erwärmen, als auch mit den Heißgaserzeuger und die nachfolgenden Anlagenkomponenten komplett in Volllast zu betreiben. Es ist also möglich, einen Heißgaserzeuger beziehungsweise einen Brenner mit dem erfindungsgemäßen Zentralbrenner startbrennerlos aufzubauen.

Weitere Lanzen für einen zweiten Brennstoff können dann den Zentralbrenner umgebend vorgesehen sein. Mit anderen Worten ist der Zentralbrenner zum Betrieb mit einem Brennstoff und die ihn umgebenden weiteren Lanzen für den Betrieb mit einem zweiten Brennstoff ausgelegt.

Das erfindungsgemäße hohe Regelverhältnis des Zentralbrenners wird unter anderem durch die Kombination einer Zentrallanze mit mehreren sie umgebenden Außenlanzen erreicht. Hierbei spielt ebenfalls die erfindungsgemäße Ausbildung der trichterförmigen Mischeinrichtung am Ende des Innenrohres innerhalb des Außenrohres der Zentrallanze eine wesentliche Rolle.

Im Betrieb des Zentralbrenners wird durch das Innenrohr der Zentrallanze sowie durch die Außenlanzen der Brennstoff, beispielsweise Erdgas, zugeführt. Der Ringspaltkanal zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr dient zur Zuführung von Verbrennungsluft. Hierbei kann es sich um normale Umgebungsluft aber auch um ein O ₂ -abgereichert.es Gas handeln, um die erforderliche Sauerstoffobergrenze für einen nachgeschalteten Mahlkreislauf zu gewährleisten. Mittels der erfindungsgemäßen trichterartigen Mischeinrichtung, welche Öffnungen in ihrer Wandung aufweist, wird eine gute Durchmischung des durch das Innenrohr eingeblasenen Brennstoffs mit der Verbrennungsluft erreicht, so dass zum einen eine stabile Flamme entsteht, zum anderen aber auch eine sichere und vollständige Verbrennung des Brennstoffes erreicht wird. Diese innere Flamme im Bereich der Zentrallanze dient auch zum Stützen der Flammen der Außenlanzen.

Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung kann in der Konstruktion der Düsen der Außenlanzen gesehen werden. Diese weisen zumindest seitliche Öffnungen auf, die entlang der seitlichen Umfangsflächen der Düsen asymmetrisch verteilt sind. Zusätzlich sind die Außenlanzen beziehungsweise deren Düsen drehbar, wodurch die Position der Düsen verändert wird.

Diese Konstruktion ermöglicht es, den Zentralbrenner in verschiedenen Mehr- brennstoff-Mehrlanzen-Brenner-Systemen zu verwenden, bei denen die den Zentralbrenner umgebenden weiteren Lanzen für den zweiten Brennstoff unterschiedlich ausgeführt sein können. Mittels der Position der Düsen an den Außenlanzen kann so der Zentralbrenner an verschieden ausgeführte und/oder positionierte Zweitbrennstofflanzen angepasst werden. Zusätzlich ergibt sich durch die Variation der Düsen der Außenlanzen der Vorteil, dass ein Mehrbrennstoff-Mehrlanzen- Brenner mit dem erfindungsgemäßen Zentralbrenner derart eingestellt werden kann, dass kaum oder keine Schwingungen im Feuerraum, also innerhalb der Muffel, beziehungsweise auch im Verbrennungsraum vorhanden sind. Dies ist wichtig für einen sicheren Betrieb eines Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner-Systems, da diese Schwingungen zu instabilen Systemzuständen führen können, bei denen ein sicherer Betrieb des Brenners beziehungsweise des Heißgaserzeugers schwer aufrechtzuerhalten ist.

Die Schwingungen im Verbrennungsraum sind unter anderem abhängig von dem verwendeten Lanzentyp zur Verbrennung des Zweitbrennstoffes wie auch von deren Anzahl und Positionierung. Mit dem erfindungsgemäßen Zentralbrenner kann durch die Auslegung der Düsen der Außenlanzen der Zentralbrenner relativ einfach auf unterschiedlich aufgebaute Zweitbrennstoff-Lanzentypen, eine unterschiedliche Anzahl der Zweitbrennstofflanzen und unterschiedliche Positionierungen dieser sehr flexibel angepasst werden.

Hierbei ist es vorgesehen im Betrieb durch das Innenrohr sowie die Außenlanzen dem Verbrennungsraum Brennstoff zuzuführen. Verbrennungsluft wird bevorzugt durch den Ringspaltkanal zugeführt. Im Rahmen der Erfindung wird der Begriff Verbrennungsluft für ein Fluid verwendet, welches als Sauerstoffträger für die Verbrennung verwendet wird. Es kann sich hierbei beispielsweise um Umgebungsluft, um ein O ₂ -abgereichert.es Gas oder um eine Mischung, beispielsweise aus Umgebungsluft und rezirkuliertem sauerstoffarmen Gas, handeln. Ein O ₂ -abgereichert.es Gas wird insbesondere dann verwendet, wenn der Sauerstoffgehalt des erhitzten Prozessgases möglichst gering sein soll. Grundsätzlich sind aber auch andere Fluide, insbesondere in Gasform, als Sauerstoffträger verwendbar.

Als Brennstoff können im Rahmen der Erfindung beispielsweise brennbare Gase wie Erdgas, Synthesegas oder Gichtgas bezeichnet werden.

Die Außenlanzen können beliebig in Bezug auf die Zentrallanzen angeordnet sein. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Außenlanzen mit radial gleichem Abstand zur Zentrallanze, insbesondere kranzartig, angeordnet sind. Hierdurch kann eine Stütze der Flammen der Außenlanzen durch die Flamme der Zentrallanze erreicht werden, so dass ein hoher Regelbereich beim Betrieb des Zentralbrenners ermöglicht wird.

Eine gute Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft kann erreicht werden, wenn zusätzlich zu der trichterartigen Mischeinrichtung Dralleinrichtungen vorgesehen sind. Diese können beispielsweise an der Innenwand des Außenrohres und/oder an der Außenwand der Mischeinrichtung vorgesehen sein. Hierbei können die Dralleinrichtungen als Drallbleche ausgebildet sein. Zusätzlich ist es möglich, die Mischeinrichtung mittels der Dralleinrichtungen an der Innenwand des Außenrohres zu zentrieren. Dies ist sowohl der Fall, wenn die Dralleinrichtung an der Innenwand des Außenrohres wie auf der Mischeinrichtung selbst befestigt ist. Im Rahmen der Erfindung können die Dralleinrichtungen auch als Verwirbelungsein- bauten oder Drallbleche angesehen werden. Ziel dieser Verwirbelungseinbauten ist es, dem eingeblasenen Gasen Verwirbelungsimpulse mitzugeben, so dass sich die unterschiedlichen Gase, insbesondere das Brenngas und die Verbrennungsluft, besser vermischen.

Vorteilhaft ist es, wenn das Innenrohr mit einer Düse abgeschlossen ist, welche Öffnungen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufweist. Es ist aber ebenso möglich, die Öffnungen nur in einer dieser beiden Richtungen vorzusehen. Eine Auslegung des Rohres mit einer Düse verbessert das Mischverhalten des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft, was wiederum einen verbesserten und erhöhten Regelbereich mit sich bringt.

Das Verhältnis der Brennstoffzuführung zwischen dem Innenrohr der Zentrallanze und den Außenlanzen ist bevorzugt über den gesamten Arbeitsbereich des Zentralbrenners festgelegt, insbesondere gleichbleibend. Es kann je nach exakter Anzahl der Außenlanzen variieren und beträgt durchschnittlich ca. 10% - 20% : 90% - 80% in Bezug auf die Brennstoffzuführung vom Innenrohr der Zentrallanze zu den Außenrohren. Ein derartiges festes Verhältnis hat sich als vorteilhaft für einen stabilen Betrieb des Zentralbrenners herausgestellt. Außerdem kann auf eine separate Regelstrecke für die Außenlanzen und die Zentrallanze verzichtet werden, und lediglich eine Regelstrecke hierfür verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Zentralbrenner kann in einem Mehrbrennstoff-Mehrlanzen- Brenner vorgesehen sein, welcher dann startbrennerlos ausgebildet sein kann. Dies bedeutet, dass auf einen separaten Startbrenner zum der weiteren Baugruppen eines Heißgaserzeugers, insbesondere der Muffel, und/oder einer mit dem Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner ausgestatteten prozesstechnischen Anlage verzichtet werden kann, da der erfindungsgemäße Mehrlanzenbrenner einen ausreichend hohen Regelbereich von bis zu 1 : 40 aufweist, so dass er selbst die Funk- tion des Startbrenners übernehmen kann. Hierbei darf der Zentralbrenner jedoch keinesfalls als Startbrenner selbst betrachtet werden, da er im Gegensatz zum Startbrenner auch in einem Betriebszustand betreibbar ist, in dem er die gesamte angeschlossene prozesstechnische Anlage, zum Beispiel einen Mahlkreislauf, mit ausreichend Energie, beispielsweise heißen Prozessgasen, versorgt. Des Weiteren bringt der Verzicht auf einen Startbrenner zusätzliche Vorteile, so dass eine komplette Regelstrecke für den Startbrenner nicht mehr benötigt wird.

Ein Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner mit einem erfindungsgemäßen Zentralbrenner kann in einem Heißgaserzeuger als Brenner verwendet werden. Zusätzlich weist ein Heißgaserzeuger eine Brennermuffel sowie eine Zuführung für zu erhitzenden Prozessgas auf.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Zentralbrenners ist die Verwendung des Zentralbrenners mit verschieden aufgebauten Mehrbrennstoff-Mehrlanzen- Brennern möglich. So kann beispielsweise ein derartiger Mehrbrennstoff-Mehr- lanzen-Brenner so ausgebildet sein, dass der Zentralbrenner innerhalb eines Zentralbrennerrohres angeordnet ist. Mit anderen Worten, schließt sich dieses Zentralbrennerrohr an die Außenlanzen des Zentralbrenners an.

An der Innenwand des Zentralbrennerrohres können zusätzliche Dralleinrichtungen vorgesehen sein. Bei einer derartigen Konstruktion wird durch den großen Ringspaltkanal zwischen dem Außenrohr der Zentrallanze und dem Zentralbrennerrohr ebenfalls Verbrennungsluft zugeführt. Durch die Dralleinrichtungen an der Innenwand des Zentralbrennerrohres wird eine gute Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff, welcher insbesondere durch die Außenlanzen ausgeblasen wird, erreicht.

Unabhängig von der exakten Ausführungsform der Zweitbrennstofflanzen für den Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner sollten diese bevorzugt um das Zentralbrennerrohr beziehungsweise den Zentralbrenner angeordnet sein. Dies kann beispielsweise kranzartig analog zu den Außenlanzen erfolgen.

Die Zweitbrennstofflanzen können beispielsweise aus zwei ineinander angeordneten Rohren gebildet sein. Bei dieser Ausführung kann durch das Innere der inei- nander angeordneten Rohre ein zweiter Brennstoff und durch das äußere Rohr Verbrennungsluft zugeführt werden. An den Enden der beiden Rohre können ebenfalls Dralleinrichtungen vorgesehen sein. Insbesondere bietet sich hierbei der Ringspaltkanal zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr der Zweitbrennstofflanze an. Die Dralleinrichtungen sind bevorzugt wie alle im Rahmen der Erfindung beschriebenen Dralleinrichtungen als Drallbleche ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere, beispielsweise drei, ineinander angeordnete Rohre als Zweitbrennstofflanzen zu verwenden. So kann zusätzlich zur Verbrennungsluft und dem Zweitbrennstoff ein weiteres Fluid als zusätzlicher Brennstoff oder zur Verbrennung zugeführt werden.

Es ist aber auch möglich, die Zweitbrennstofflanzen durch ein einzelnes Rohr auszubilden. Dieses kann eine Enddüse aufweisen. Mittels der Enddüse kann die Austrittsrichtung des Zweitbrennstoffes beeinflusst werden, so dass hier zusätzlich die Vermischung des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft verbessert wird.

Grundsätzlich können die Zweitbrennstofflanzen beliebig in Bezug auf den Zentralbrenner angeordnet sein. Es ist beispielsweise möglich, diese mit radial gleichem Abstand zur Zentrallanze, bevorzugt kranzartig, anzuordnen. Eine derartige Ausführung ist insbesondere bei Zweitbrennstofflanzen, die aus einem einzelnen Rohr bestehen, bevorzugt. In dieser Ausbildung wird ein homogenes Flammenbild erreicht.

Ferner kann ein Brenneraußenrohr die Zweitbrennstofflanzen umgebend vorgesehen sein. Dieses schließt den Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner nach außen ab. Abhängig von der Ausführung der Zweitbrennstofflanzen kann durch den Zwischenraum zwischen dem Brenneraußenrohr, dem Zentralbrennerrohr oder dem Außenrohr der Zentrallanze, wenn kein Zentralbrennerrohr vorgesehen ist, ebenfalls Verbrennungsluft zugeführt werden. Diese zweite Variante bietet sich insbesondere bei einer Ausführung an, bei der die Zweitbrennstofflanzen aus einem einzelnen Rohr mit einer Enddüse gebildet sind. Das Brenneraußenrohr bildet an seinem dem Verbrennungsraum zugewandten Ende den Brennermund aus. Es kann zu diesem Zweck eine Formgebung aufweisen, die ebenfalls einen Einfluss auf die Flammengeometrie hat. Beispielsweise kann es im Endbereich zu der Zentralachse des Brenners leicht hingebogen ausgebildet sein. Bei einer Ausführung kann es vorgesehen sein, weitere Dralleinrichtungen an der Innenwand des Brenneraußenrohres vorzusehen. Diese dienen dazu, die Verbrennungsluft mit dem Brennstoff besser zu vermischen und so ein verbessertes Verbrennungsverhalten zu ermöglichen.

Grundsätzlich können alle im Rahmen der Erfindung beschriebenen Dralleinrichtungen beliebig ausgeführt sein. Bevorzugt sind diese jedoch als Drallbleche ausgeführt, die die Strömung leiten. Diese Drallbleche sind insbesondere in einem Winkel zur Ausströmrichtung der Gase vorgesehen, um den ausströmenden Gasen beim Ausströmen einen Drall, das heißt eine Ablenkung, aufzugeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Impeller vorgesehen. Dieser kann abhängig von der Ausbildung der Zweitbrennstofflanzen an unterschiedlichen Bereichen des Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenners vorgesehen sein.

Ist beispielsweise ein Zentralbrennerrohr vorgesehen, kann sich der Impeller im Bereich zwischen der Innenwand des Zentralbrennerrohres und dem Außenrohr der Zentrallanze befinden. Er kann sich bis zu Dralleinrichtungen erstrecken, die an der Innenwand des Zentralbrennerrohres vorgesehen sind.

Ist kein Zentralbrennerrohr vorgesehen, kann sich der Impeller in einem Bereich zwischen der Innenwand des Brenneraußenrohres und dem Außenrohr der Zentrallanzen befinden. Auch in diesem Fall kann sich der Impeller, wenn an der Innenwand des Brenneraußenrohres Dralleinrichtungen vorgesehen sind, sich von diesen bis an die Außenwand des Außenrohres der Zentrallanze erstrecken.

Unabhängig von der exakten Position des Impellers erstreckt sich dieser in einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere bis zu einem Bereich, in dem das Außenrohr der Zentrallanze endet. Der Impeller selbst kann in Art eines Lochbleches ausgeführt sein, wodurch zusätzlich eine Verwirbelung der Verbrennungsluft, welche in dem Ringspaltkanal zwischen Außenrohr der Zentrallanze und Zentralbrennerrohr beziehungsweise Brenneraußenrohr geleitet wird, erreicht wird.

Die Zweitbrennstofflanzen können sich durch den Impeller hindurch erstrecken, so dass diese nach dem Impeller in Richtung Verbrennungsraum enden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Impeller axial verschiebbar ausgebildet. Dies bedeutet, dass er in Richtung Verbrennungsraum hin und zurück verschoben werden kann. Mit dieser Konstruktion können Schwingungen, die durch die Verbrennung entstehen, minimiert beziehungsweise verhindert werden.

Ebenfalls dient die Stellung des Impellers dazu, die Verwirbelung der Verbrennungsluft zu beeinflussen und so zu einem gewünschten Brennverhalten beizutragen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivisch geschnittene Ansicht eines ersten Mehr- brennstoff-Mehrlanzen-Brenners mit einem erfindungsgemäßen Zentralbrenner;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenners nach Fig. 1 ;

Fig. 3 eine perspektivisch geschnittene Ansicht eines zweiten Mehr- brennstoff-Mehrlanzen-Brenners mit einem erfindungsgemäßen Zentralbrenner;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenners nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Düse einer Außenlanze; und

Fig. 6 ein Schaubild zur Erläuterung des Betriebes eines Heißgaserzeugers mit einem Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner mit einem erfindungsgemäßen Zentralbrenner.

In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines Mehrbrennstoff- Mehrlanzen-Brenners 100 mit einem erfindungsgemäßen Zentralbrenner 1 einmal in einer perspektivischen Ansicht, welche teilweise aufgeschnitten ist, und einmal in einer Schnittansicht dargestellt. Der Zentralbrenner 1 ist aus einer Zentrallanze 10, diese umgebende Außenlanzen 21 und einem den Zentralbrenner 1 nach außen abschließenden Zentralbrennerrohr 101 gebildet.

Die Zentrallanze 10 weist ein Innenrohr 1 1 und ein Außenrohr 12 auf. Diese sind zueinander koaxial derart angeordnet, dass ein Ringspaltkanal 13 zwischen der Außenseite des Innenrohrs 1 1 und der Innenseite des Außenrohrs 12 ausgebildet wird. Das Außenrohr 12 erstreckt sich weiter in Richtung eines Verbrennungsraums 60 als das Innenrohr 1 1 . Endseitig an dem Innenrohr 1 1 ist eine Mischeinrichtung 14 vorgesehen. Diese ist trichterartig ausgebildet.

Die Mischeinrichtung 14 ist mit ihrem ersten Ende im Endbereich des Innenrohres 1 1 vorgesehen und weist einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen dem des Innenrohres 1 1 entspricht. In Richtung zum entgegengesetzten Ende der Mischeinrichtung 14 verbreitert sich diese trichterartig. In der Wandung der Mischeinrichtung 14 sind Aussparungen, insbesondere Löcher, vorgesehen.

An der Innenseite des Außenrohres 12 sind Dralleinrichtungen 15 in Form von Drallblechen angebracht. Neben ihrer eigentlichen Funktion der Verwirbelung von Verbrennungsluft dienen diese auch zur Zentrierung der Mischeinrichtung 14 zentral über dem Innenrohr 1 1 der Zentrallanze 10. An der Außenseite der Mischeinrichtung 14 können ebenfalls Dralleinrichtungen 16, beispielsweise wieder in Form von Drallblechen, vorgesehen sein.

Das Innenrohr 1 1 selbst ist mit einer Düse 17 im Bereich der Mischeinrichtung 14 abgeschlossen. Diese Düse 17 weist sowohl axiale wie auch radiale Öffnungen auf. Bevorzugt sind diese Öffnungen derart dimensioniert, dass ein größerer Teil des durch das Innenrohr 1 1 strömenden Mediums in axialer Richtung austreten kann als in radialer Richtung.

Um das Außenrohr 12 der Zentrallanze 10 sind mehrere Außenlanzen 21 kranzartig angeordnet. Sie haben jeweils zueinander denselben Abstand. Auch sind die Außenlanzen 21 jeweils mit selbem Abstand zur Zentralachse des Mehrbrennstoff-Mehr- lanzen-Brenners 100, welche im Innenrohr 1 1 verläuft, angeordnet. Die Außenlanzen 21 sind jeweils mit einer Düse 22 abgeschlossen. Diese weist mehrere Öffnungen 23 auf, die radial angeordnet sind. Hierbei sind die Öffnungen asymmetrisch auf der Umfangsfläche der Düse 22 vorgesehen, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Düse 22 einer Außenlanze 21 im Bereich der Öffnungen 23 dargestellt. Hierbei ist deutlich, dass die zwei hier gezeigten Öffnungen 23 asymmetrisch an der Düse 22 vorgesehen sind.

Die Düse 22 und/oder die Außenlanzen 21 können drehbar um ihre Achse ausgeführt sein. Hierdurch ist es möglich, die Öffnungen 23 der Düse 22 beliebig in Bezug auf die zentrale Mittelachse des Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenners 100 auszurichten. Mit dieser Ausrichtung kann der Zentralbrenner 1 auf verschiedene Mehr- brennstoff-Mehrlanzen-Brenner, wie sie in Fig. 1 und später in Fig. 3 gezeigt sind, eingestellt werden. Auch ist es hiermit möglich, Schwingungen, die beim Betrieb auftreten, zu minimieren.

Der Zentralbrenner 1 wird in der Ausführungsform nach Figuren 1 und 2 durch ein Zentralbrennerrohr 101 abgeschlossen. An der Innenwandung des Zentralbrennerrohres 101 sind wiederum Dralleinrichtungen 102 in Form von Drallblechen vorgesehen.

Die konstruktive Auslegung des Zentralbrenners 1 mit der Zentrallanze 10 sowie der trichterförmigen Mischeinrichtung 14 und dem Impeller 130 bewirken eine stufenweise Verbrennung des Verbrennungsgases sowie eine interne Rezirkulation des Flu- idstroms. Dies ermöglicht das hohe Regelverhältnis von 1 : 40, da durch die interne Rezirkulation und die stufenweise Verbrennung eine äußerst stabile Flamme ermöglicht wird.

Um den Zentralbrenner 1 sind mehrere Zweitbrennstofflanzen 1 10 angeordnet. Diese weisen jeweils ein Innenrohr 1 1 1 und ein das Innenrohr 1 1 1 umgebendes Außenrohr 1 12 auf. Das Innenrohr 1 1 1 und das Außenrohr 1 12 sind koaxial zueinander ausgerichtet, so dass zwischen ihnen ein Ringspaltkanal 1 13 ausgebildet ist. Im Endbereich des Innenrohrs 1 1 1 sind sich in den Ringspaltkanal 1 13 erstreckende Drallein- richtungen 1 14 vorgesehen. Der Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner 100 wird nach außen durch ein Brenneraußenrohr 120 abgeschlossen.

Ferner ist zwischen dem Zentralbrennerrohr 101 und dem Außenrohr 1 12 der Zentrallanze 1 10 ein Impeller 130 vorgesehen. Dieser ist ähnlich wie ein Lochblech ausgebildet. Die Außenlanzen 21 erstrecken sich durch den Impeller 130 hindurch. Ferner kann die Position des Impellers 130 axial verändert werden. Mittels dieser Veränderung kann der Zentralbrenner 1 auf verschiedene Mehrbrennstoff-Mehr- lanzen-Brenner angepasst werden, da hierdurch im Verbrennungsraum 60 entstehende Schwingungen minimiert werden können. Dies erfolgt durch die axiale Positionierung des Impellers 130. Außerdem homogenisiert der Impeller 130 die Verbrennungsluft, welche durch einen zwischen dem Außenrohr 12 und dem Zentralbrennerrohr 101 gebildeten Ringspaltkanal 106 geleitet wird.

Im Folgenden wird nun auf den Anschluss und Betrieb des Mehrbrennstoff-Mehr- lanzen-Brenners 100 eingegangen.

Das Innenrohr 1 1 der Zentrallanze 10 sowie die Außenlanzen 21 sind bevorzugt mit einer Zuführung für ein erstes Brenngas, beispielsweise einer Erdgaszuführung, verbunden. Die Innenrohre 1 1 1 der Zweitbrennstofflanzen 1 10 können mit einer Zuführung für ein zweites Brenngas, beispielsweise Synthesegas, verbunden sein. Der Ringspaltkanal 1 13 sowie der Ringspaltkanal 106, welcher zwischen dem Außenrohr 12 der Zentrallanze 10 und dem Zentralbrennerrohr 101 ausgebildet ist, ist mit einer Verbrennungsluftzufuhr verbunden. Als Verbrennungsluft kann im Rahmen der Erfindung allgemein ein insbesondere gasförmiger Sauerstoffträger betrachtet werden.

Grundsätzlich kann es sich bei der hier zugeführten Verbrennungsluft um ein O2- abgereichertes Gas handeln, um die Anforderung an den reduzierten Sauerstoffgehalt in einer nachgeschalteten Mahlanlage zu erfüllen.

In der hier dargestellten Ausführungsform erfolgt die Zuführung zum Innenrohr 1 1 direkt, die Zuführung zum Ringspaltkanal 13 über eine Zuführungskammer 61 . Die Zuführung zu den Außenlanzen 21 erfolgt über eine Zuführungskammer 62. Verbrennungsluft wird über eine Zuführungskammer 63 in den Ringspaltkanal 106 ge- leitet. Die Zuführung des zweiten Brenngases zu den Innenrohren 1 1 1 der Zweitbrennstofflanzen 1 10 erfolgt über eine Zuführungskammer 161 und die Zuführung der Verbrennungsluft zu den Ringspaltkanälen 1 13 über eine Zuführungskammer 162.

Hierbei ist die Zuführung des ersten Brenngases zum Innenrohr 1 1 der Zentrallanze

10 sowie den Außenlanzen 121 in einem festen Verhältnis, bevorzugt auf einem Bereich von 15% : 85%, vorgesehen. In analoger Weise ist die Zuführung der Verbrennungsluft durch die Zuführkammern 61 und 63 auf ein festes Verhältnis gesetzt.

Zum Starten des Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenners 100 dient eine Zündeinrichtung 30. Diese ist nur für den eigentlichen, sehr kurzen Zündvorgang vorgesehen. Mit dieser wird der Zentralbrenner 1 gezündet. Zuerst wird der Zentralbrenner 1 auf einer sehr niedrigen Stufe gefahren, wobei Brennstoff sowohl durch das Innenrohr

1 1 der Zentrallanze 12 sowie durch die Außenlanzen 21 strömt. Als Brennstoff kann beispielsweise Erdgas verwendet werden. Dies erfolgt, wie gesagt, mit einer sehr geringen Leistung, um einen Heißgaserzeuger in dem der Brenner vorgesehen ist sowie die nachgeschalteten Aggregate zu erwärmen. In diesem Prozess wird auch die Brennermuffel des Heißgaserzeugers, welche sich um den Verbrennungsraum 60 erstreckt, erwärmt. Sobald die nachgeschalteten Aggregate sowie der Heißgaserzeuger in den der Brenner 100 verwendet wird selbst ausreichend erwärmt sind, kann in den Produktivbetrieb umgeschaltet werden. Diese Umschaltung erfolgt lediglich durch ein Hochfahren des Zentralbrenners 1 . Dies bedeutet, er wird mit mehr Brennstoff und mehr Verbrennungsluft versorgt.

Wird der Brenner 100 beispielsweise als ein Heißgaserzeuger für eine Kohlemahlanlage verwendet, die zur Synthesegaserzeugung eingesetzt wird, so dauert es einige Zeit, bis durch die Synthesegasherstellung ausreichend Synthesegas auch zum Betrieb des Brenners zur Verfügung steht. Sobald dieses günstigere Synthesegas in ausreichender Menge zur Verfügung steht, kann der Brenner auf Synthesebetrieb umgeschaltet werden. In diesem Fall wird Synthesegas durch die Innenrohre 1 1 1 der Zweitbrennstofflanzen 1 10 eingeleitet. Gleichzeitig wird Verbrennungsluft durch die Ringspaltkanäle 1 13 zugeführt. Wenn über die Synthesegas- Verbrennung ein stabiler Brennzustand erreicht wird, kann nun der Zentralbrenner 1 heruntergefahren werden, und idealerweise komplett abgeschaltet werden. Dies spart das für seinen Betrieb beispielsweise notwendige höherwertige und damit teurere Erdgas. Es ist ebenfalls möglich, die Verbrennung des Synthesegases hochzufahren, und zeitgleich die Verbrennung des Erdgases herunterzufahren.

In den Figuren 3 und 4 ist eine andere Variante eines Mehrbrennstoff-Mehrlanzen- Brenners 200 mit einem erfindungsgemäßen Zentralbrenner 1 dargestellt. Hierbei wird im Folgenden nur auf unterschiedliche Ausgestaltungen zu der Ausführungsform nach Figuren 1 und 2 eingegangen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Der wesentliche Unterschied zwischen dem Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner 200 zu dem Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner 100 besteht darin, dass ein anderer Typ von Zweitbrennstofflanzen 210 verwendet wird. Diese bestehen aus einem einzelnen Rohr 21 1 und weisen eine Enddüse 212 auf.

Ein weiterer Unterschied zu dem Brenner 100 besteht darin, dass bei dem Brenner 200 kein Zentralbrennerrohr 101 vorgesehen ist.

Dafür sind an einem Brenneraußenrohr 220 Dralleinrichtungen 221 in Form von Leitblechen vorgesehen. Ferner wird ein Ringspaltkanal 213 zwischen dem Brenneraußenrohr 220 und dem Außenrohr 12 der Zentrallanze 1 1 ausgebildet.

In dieser Ausführungsform des Brenners 20 ist ein Impeller 230 im Bereich zwischen dem Außenrohr 12 der Zentrallanze 10 und dem Brenneraußenrohr 220 vorgesehen. Analog wie beim Brenner 100 erstrecken sich die Außenlanzen 21 wie auch die Zweitbrennstofflanzen 210 durch den Impeller 230 hindurch. Auch dieser Impeller 230 kann in axialer Richtung verschoben werden, um Schwingungen, die im Verbrennungsraum 60 entstehen können, zu minimieren. In ähnlicher Weise wie der Impeller 130 homogenisiert auch der Impeller 230 die Verbrennungsluft, welche durch einen Ringspaltkanal 213 geleitet wird, der zwischen dem Außenrohr 12 und dem Brennerrohr 220 ausgebildet ist.

Im Folgenden wird die Versorgung der einzelnen Lanzen und Ringspaltkanäle mit Brennstoff, wie Erdgas oder Synthesegas, sowie Verbrennungsluft erläutert. Die Zuführung des Brennstoffes zum Innenrohr 1 1 der Zentrallanze 10 erfolgt direkt. Die Zuführung der Verbrennungsluft in den Ringspaltkanal 13 erfolgt über die Zuführung 65. Die Versorgung der Außenlanzen 21 mit Brennstoff erfolgt ebenfalls über die Zuführungskammer 62.

Über eine Zuführungskammer 261 werden die Zweitbrennstofflanzen 210 mit dem Zweitbrennstoff, beispielsweise Synthesegas, versorgt. In den Ringspaltkanal 213 wird über die Zuführungskammer 262 Verbrennungsluft zugeführt.

Die Betriebsweise des Brenners 200 ist analog zu dem Brenner 100. Dies bedeutet, zum Aufheizen des Brenners 200 beziehungsweise des mit ihm bestückten Heißgaserzeugers wird zuerst der Zentralbrenner 1 auf niedriger Stufe gestartet. Sobald der Brenner 200 selbst und der mit ihm bestückte Heißgaserzeuger ausreichend warm ist, wird weiterhin mit geringer Leistung die nachgeschaltete prozesstechnische Anlage erwärmt. Sobald diese ausreichend erwärmt ist, kann mit dem Produktivbetrieb begonnen werden. Hierzu wird der Zentralbrenner 1 hochgefahren und mit einer ausreichenden Leistung betrieben.

Sobald genug Zweitbrennstoffe, beispielsweise Synthesegas, zur Verfügung steht, werden die Zweitbrennstofflanzen 210 damit versorgt. Ist die Versorgung mit Zweitbrennstoff gesichert und die Verbrennung in einem stabilen Zustand, kann die Versorgung mit dem Erstbrennstoff eingestellt und der Zentralbrenner 1 im Wesentlichen abgeschaltet werden.

Im Folgenden wird auf die Unterschiede der beiden Brennervarianten 100 und 200 eingegangen, sowie anschließend die jeweiligen Vorteile erläutert.

Um beim Brenner 100 eine höhere Leistung im Zweitbrennstoffbetrieb zu erreichen, reicht es aus, mehr Zweitbrennstofflanzen vorzusehen. Dies ergibt sich dadurch, dass jede Zweitbrennstofflanze konstruktionsbedingt ihre eigene Verbrennungsluft mitführt. Mit anderen Worten weist jede Zweitbrennstofflanze eine festgelegte Leistung auf. Selbstverständlich vergrößert sich dann auch der Gesamtdurchmesser des Brenners.

Im Gegensatz zum Brenner 200 kann der Brenner 100 mit einem geringeren Druck betrieben werden. Das Brennersystem 200 weist durch die anders ausgelegten Zweitbrennstofflanzen ein deutlich geringeres Gewicht gegenüber dem Brenner 100 auf.

Im Folgenden werden in Bezug auf Fig. 6 nochmals in übersichtlicher Weise die verschiedenen Zuführungen zu einem Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner-System 400 mit erfindungsgemäßem Zentralbrenner 1 erläutert.

Im Verbrennungsraum 60 des Brenners 400 ist hierbei eine Lochmanteleinrichtung 441 innerhalb einer Brennermuffel 442 schematisch dargestellt. Zusammen mit dem Brenner 400 ergibt sich somit ein Heißgaserzeuger 401 , der beispielsweise heiße Prozessgase für eine Mahlanlage liefert.

Das Innenrohr 1 1 der Zentrallanze 10 wie auch die Außenlanzen 21 des Zentralbrenners 1 sind mit einer Zuführung für ein erstes Brenngas wie Erdgas verbunden. Hierbei ist die Zuführung zu den Außenlanzen 21 über eine Zuführungskammer 421 realisiert. Diese Zuführungskammer wie auch die im Folgenden beschriebenen Zuführungskammern dienen zur Vergleichmäßigung des Zustroms des Fluides und sorgen für einen möglichen gleichmäßigen Zustrom in die angeschlossenen Rohre oder Lanzen.

Wie in dem Schaubild gezeigt, haben sowohl das Innenrohr 1 1 wie die Außenlanze 21 dieselbe Gaszuführungsquelle. Es ist lediglich eine Verzweigung vorgesehen, die das Gas in einem vorgegebenen Verhältnis auf das Innenrohr 1 1 und die Außenlanzen 21 verteilt. Über eine Zuführungskammer 422 kann ein zweites unterschiedliches Brenngas, wie beispielsweise Synthesegas, den Zweitbrennstofflanzen 410 zugeführt werden.

Zur Versorgung insbesondere der Zentrallanze mit Verbrennungsluft dient eine Zuführungskammer 423.

Die restliche Verbrennungsluft wird über eine Zuführungskammer 424 dem Brenner 400 zugeführt. Hierbei ist zusätzlich noch eine Rezirkulationsgaseinspeisung in die Verbrennungskammer 424 vorgesehen. Dies dient dazu, den Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft zu reduzieren, damit das erzeugte erhitzte Prozessgas einen möglichst geringen Sauerstoffgehalt aufweist. Zusätzlich kann über die Lochmanteleinrichtung 441 weiteres zu erhitzendes Prozessgas dem Heißgaserzeuger 401 zugeführt werden. Das gesamte erhitzte Prozessgas wird anschließend beispielsweise einem Mahlprozess mit einer Wälzmühle zugeführt.

Mit dem erfindungsgemäßen Zentralbrenner ist es möglich, startbrennerlose Mehrbrennstoff-Mehrlanzen-Brenner-Systeme zu konstruieren, die jeweils unterschiedlich aufgebaut sein können, ohne hierbei den Zentralbrenner verändern zu müssen.