Drehofenbrenner

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Drehrohrofen zur Herstellung von Zementklinker, mit einem innerhalb eines Brennertragrohres ringförmig angeordneten Kanal zum Ausbringen von Primärbrennstoffen z. B. Kohlenstaub, mit wenigstens einem ringförmigen Primärluftkanal und mit wenigstens einem im Brenner integrierten Rohr zum pneumatischen Transport von stückigen Sekundärbrennstoffen und deren Ausblasen an der Brennermündung.

Bei einer Zementklinkerproduktionslinie wird calciniertes Zementroh- mehl in der Sinterzone eines Drehrohrofens zu Zementklinker gebrannt. Zur Beheizung des Drehrohrofens ist in das Ofenauslaufende durch das stationäre Ofenauslaufgehäuse hindurch eine lange Brennerlanze eingeführt, an deren Ausmündung die in die Lanze eingeführten Brennstoffe unter Bildung einer Brennerflamme verbrennen. Bei der Klinkermineralbildung im Drehrohrofen kommt es auf die richtige Temperatur, Länge und sonstige Gestaltung der Brennerflamme an. Die Entwicklung geht dahin, durch hochgradige Calcination des Zementrohmehls außerhalb des Drehrohrofens den Drehrohrofen selbst möglichst kurz zu bauen, so dass in Reaktion hierauf die Bren- nerflamme in der Regel möglichst kurz und heiß sein soll. Als Brennstoffe werden statt flüssige und gasförmige Brennstoffe immer häufiger Festbrennstoffe, insbesondere Kohlenstaub, aber in letzter Zeit auch pneumatisch transportierbare stückige Abfallbrennstoffe wie z. B. Abfallkunststoffgranulate etc. als Sekundärbrennstoffe einge- setzt.

Bekannte Drehofenbrenner sind oft als sogenannte Dreikanalbrenner ausgebildet (z. B. DE 43 19 363 A1 ), mit wenigstens drei zueinander konzentrischen Kanälen, d. h. durch den mittleren Brennerkanal strömt als Brennstoff der pneumatisch transportierte Kohlenstaub, der durch eine Ringspaltdüse austritt, wobei der ausströmende Kohlenstaub von radial innerer als auch von radial äußerer Primärluft als Brennluft umgeben ist. Die radial äußere Luft, auch Jetluft genannt, wird mittels einer Vielzahl im ringförmigen Jetluftkanal angeordneter einzelner Düsen in viele einzelne Hochgeschwindigkeits-Primär- luftstrahlen unterteilt, die in ihrer Umgebung einer Unterdruckgebiet erzeugen, d. h. die vielen Hochgeschwindigkeits-Primärluftstrahlen dienen als Treibstrahlen nach dem Injektorprinzip, durch welches die große Masse der den Drehofenbrenner umgebenden, praktisch ru- henden heißen Sekundärluft von z. B. etwa 1000 ⁰ C nach innen in Richtung zum Kern der Brennerflamme eingesaugt wird, wo eine intensive Durchmischung der heißen Sekundärluft mit dem durch die Ringspaltdüse austretenden Kohlenstaub stattfindet, der schnell und vollständig unter Ausbildung einer kurzen heißen Flamme verbrennen soll.

Bei dem bekannten Dreikanalbrenner wäre es nicht möglich, durch den Kohlenstaubkanal mit seiner Ringspaltdüse stückigen Sekundärbrennstoff einzublasen, welche die Ringspaltdüse verstopfen würden. Man hat daher bereits versucht, durch das Zentralrohr des Brenners, in welches ein zentraler Zündbrenner einsetzbar ist, stückigen Sekundärbrennstoff durchzublasen, der dann allerdings als kompakter Strahl austritt, in welchem der stückige Brennstoff sich wenig auffächert, im Drehrohrofen zu weit fliegt, eine zu lange Flamme bildet und nicht oder zu spät ausbrennt. Ferner hat man versucht, die eingeblasenen Sekundärbrennstoffe an der Mündung der Brennerlanze in Rotation zu versetzen, was zur Folge hat, dass besonders die großen

und spezifisch schweren Sekundärbrennstoffstücke an die Peripherie geschleudert, jedenfalls aus dem Flammkegel herausgeschleudert werden, statt in der Flamme zu verbrennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehofenbrenner zu schaffen, bei dem sich der Mengenanteil an einzusetzenden preisgünstigen Sekundärbrennstoffen als Energieträger steigern lässt und Einfluss auf die Gestaltung der Brennerflamme genommen werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Drehofenbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Brenner ist vor der Ausmündung des wenigstens einen Rohres zur Ausblasung der stückigen Sekundärbrennstoffe im Brenner eine zur Brennermündung hin offene Expansionskammer mit im Vergleich zu dem Sekundärbrennstoffrohr erweitertem Querschnitt angeordnet. Das heißt die pneumatisch transportierten über ein oder mehrere Einblasrohre eingeblasenen stückigen Sekundärbrennstoffe treten zunächst in eine im Querschnitt erweiterte Expansionskammer ein, aus welcher dann die mit verlängerter Verweilzeit voroxidierten stückigen Sekundärbrennstoffe an der Brennermündung mit erheblich reduzierter Geschwindigkeit in den Flammke- gel der Brennerflamme eintreten. Die Gefahr, dass Partikel des Sekundärbrennstoffstrahls unverbrannt an der Brennerflamme vorbeifliegen, ist minimiert. Jedenfalls lässt sich beim erfindungsgemäßen Brenner der Mengenanteil an einsetzbaren preisgünstigen Sekundärbrennstoffen als Energieträger deutlich steigern und ein Teil des ver- gleichsweise teuren Primärbrennstoffs einsparen.

Die axiale Länge der Expansionskammer ist durch Axialverschiebung des/der Sekundärbrennstoff-Rohre während des Brennerbetriebes variierbar. Damit kann auf das Volumen der Expansionskammer, auf die Voroxidation der stückigen Sekundärbrennstoffe in der Expansi- onskammer, auf die Strömungsgeschwindigkeits-Reduzierung in der Expansionskammer sowie auf den räumlichen Austrittswinkel des Sekundärbrennstoffstrahls Einfluss genommen werden in der Weise, dass die stückigen Sekundärbrennstoffe innerhalb der Brennerflamme mit der gewünschten Flammkonfiguration ausbrennen.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung kann an der Ausmündung des/der Sekundärbrennstoff-Rohre in die Expansionskammer ein eigener Drallerzeuger angeordnet sein zur Verdrallung der Sekundärbrennstoffe bereits in der Expansionskammer. Dabei kann der Drallerzeuger aus einem an die Ausmündung des/der Sekundärbrennstoff-Rohre angesetzten und von den Sekundärbrennstoffen durchströmten Bauteil bestehen, das über den Umfang verteilte Drallschlitze aufweist, die von zusätzlicher durch den Brenner geblasener Primärluft durchströmt sind, welch letztere ihren Drehimpuls in der Expansionskammer auf die ausgeblasenen Sekundärbrennstoffe ü- berträgt. Durch den Drehimpuls der stückigen Sekundärbrennstoffe kann deren Einmischung in die Brennerflamme begünstigt werden. Außerdem kann auch damit immer die jeweils gewünschte Brennerflammengestalt eingestellt werden.

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

Es zeigt:

Fig. 1 : schematisch einen Axialschnitt durch das Zentrum der Mündung des erfindungsgemäßen Drehofenbrenners mit eingesetzten stückigen Sekundärbrennstoffen, und

Fig. 2: vergrößert herausgezeichnet und perspektivisch im Detail den Axialschnitt durch die Brennermündung, teilweise in Stirnansicht.

Beschrieben anhand der Figur 2 ist der erfindungsgemäße Drehofenbrenner zunächst ein Dreikanalbrenner mit einem ringförmig angeordneten Kanal 10 zum pneumatischen Transport eines feinkörnigen Festbrennstoffs wie z. B. Kohlenstaub, der durch eine Ringspaltdüse 11 mit geringem nach außen divergierenden Winkel ausströmt. Der Kohlenstaubkanal 10 ist konzentrisch sowohl von einem radial innen als auch von einem radial außen gelegenen Brennluftkanal umgeben, wobei diese Brennluftströme die Primärluft für den Brenner bilden. Der konzentrisch innerhalb des Kohlenstaubkanals 10 angeordnete Primärluftkanal 12 ist an seiner Ausmündung mit einem Drallerzeuger 13 z. B. mit Drallschlitzen ausgestattet, so dass dieser radial innen gelegene Primärluftkanal auch Drallluftkanal genannt wird. Die radial äußere Primärluft, auch Jetluft genannt, wird über achsparallel um die Brennerachse verteilt angeordnete Jetluftrohre 14 zugeführt und sie tritt mit hoher Geschwindigkeit in Form von Düsenstrahlen aus einzelnen um den Umfang der Brennermündung verteilt angeordneten Jetluftdüsen 15 aus, z. B. 12 Stück. Die Hochgeschwindigkeits- Jetluftstrahlen, die in der Lage sind, möglichst viel der den Drehofenbrenner im Drehrohrofen umgebenden heißen Sekundärluft von z. B. 1000° C in den Kern der Brennerflamme zwecks schneller und vollständiger Brennstoffverbrennung einzusaugen, sollen den Brennstoff-

kegel bzw. die Brennerflamme an einer optimalen Stelle zwecks Erzielung großer Flammenturbulenzen treffen.

Im Ringraum zwischen dem außen liegenden Brennertragrohr 16 und dem konzentrisch dazu angeordneten Kohlenstaubrohr 17 wird Kühlluft durch den Brenner geblasen, die an der Brennermündung im Bereich zwischen den benachbarten Jetluftdüsen 15 ausströmt, wo dann die an der Brennerlanze erhitzte Kühlluft einen Anteil der Primärluft bildet. Der ringförmige Kühlluftkanal ist mit der Bezugsziffer 18 be- zeichnet. Das Brennertragrohr 16 ist jedenfalls im vorderen Brennerlanzenbereich durch eine aufgebrachte in Fig. 2 nicht dargestellte Feuerfestmasse geschützt.

In das Zentralrohr des Brenners, in welches bei einem konventionel- len Brenner ein zentraler Zündbrenner einsetzbar ist, sind gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 2 z. B. zwei Rohre 19, 20 zum pneumatischen Transport und Ausblasen von stückigen Alternativbrennstoffen bzw. Sekundärbrennstoffen an der Brennermündung eingeführt. Vor der Ausmündung der Rohre 19, 20 zur Ausblasung der Sekun- därbrennstoffe ist im Brenner eine zur Brennermündung hin offene Expansionskammer 21 mit im Vergleich zu den Rohrquerschnitten erweitertem Querschnitt angeordnet. Das heißt beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner lässt man die über die Rohre 19, 20 eingeblasenen stückigen Sekundärbrennstoffe 25 zunächst in die Expansi- onskammer 21 austreten, aus welcher dann die dort mit verlängerter Verweilzeit voroxidierten stückigen Sekundärbrennstoffe mit deutlich reduzierter Geschwindigkeit an der Brennermündung in den Flammkegel der Brennerflamme eintreten, wobei die Gefahr des Vorbeiflie- gens stückiger Sekundärbrennstoffpartikel an der Flamme minimiert ist. Damit lässt sich beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner der Mengenanteil von einsetzbaren preisgünstigen stückigen Sekundärbrennstoffen wie z. B. Abfallkunststoffgranulate als Energieträger er-

heblich steigern und ein Teil des vergleichsweise teuren Primärbrennstoffs, z. B. Kohlenstaub einsparen.

Durch eine in Fig. 1 mit dem Doppelpfeil 22 angezeigte Axialver- Schiebung der Sekundärbrennstoff-Rohre 19, 20 kann die axiale Länge und das Volumen der Expansionskammer 21 während des Brennerbetriebes variiert werden. Auf diese Weise kann Einfluss genommen werden auf die Austrittsgeschwindigkeit, Flugweite und Vor- oxidation der an der Brennermündung ausgeblasenen stückigen Se- kundärbrennstoffpartikel sowie auch auf die Gestaltung der Brennerflamme.

Das Einmischen der ausgeblasenen stückigen Sekundärbrennstoffe in die Brennerflamme sowie deren Gestaltung können noch dadurch beeinflusst werden, dass an der Ausmündung der Sekundärbrennstoffrohre 19, 20 in die Expansionskammer 21 ein eigener Drallerzeuger 23 angeordnet ist zur Verdrallung der Sekundärbrennstoffe bereits in der Expansionskammer 21. Gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 2 besteht dieser Drallerzeuger 23 aus einem an die Ausmün- düngen der Sekundärbrennstoffrohre 19, 20 angesetzten und von den Sekundärbrennstoffen durchströmten Bauteil, das über den Umfang verteilte Drallschlitze aufweist, die von zusätzlicher durch den Brenner geblasener Primärluft durchströmt sind, die über den Ringkanal 24 in den Brenner eingeführt wird und die ihren Drehimpuls in der Expansionskammer 21 auf die ausgeblasenen stückigen Sekundärbrennstoffe überträgt. Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, dass beim erfindungsgemäßen Drehofenbrenner die vergleichsweise große Menge an einzusetzenden stückigen Sekundärbrennstoffen nicht in unerwünschter Weise an der Brennerflamme vorbeifliegt, sondern in der Brennerflamme ausbrennt.

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 sind die in den erfindungsgemäßen Drehofenbrenner eingeführten stückigen Sekundärbrennstoffe wie bei Fig. 2 mit dem großen Pfeil 25 symbolisiert. Ferner ist dort schematisch dargestellt, dass der gewünschte Abstand 26 des Beginns der Flammenwurzel 27 zur Brennermündung in einem Bereich von etwa 300 bis etwa 800 mm auch mit Hilfe der einstellbaren axialen Länge der Expansionskammer 21 sowie des Drehimpulses der ausgeblasenen Sekundärbrennstoffe und ggf. in Abhängigkeit von weiteren Parametern auch während des Brennerbetriebes ein- stellbar ist.

In jedem Fall ist der erfindungsgemäße Drehofenbrenner dazu geeignet, den Mengenanteil an eingesetztem relativ teurem Primärbrennstoff z. B. Kohlenstaub als Festbrennstoff oder auch öl zu reduzieren und dafür den Mengenanteil an preisgünstigen Alternativbrennstoffen wie stückige Abfallbrennstoffe wie z. B. Abfallkunststoffe, pneumatisch transportierbare Klärschlämme etc. zu erhöhen.