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Feuerung für Kesselanlagen zur wahlweisen Verfeuerung von
Schwachgas einerseits und Brennstaub bzw. Öl anderseits
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkesselanlage, die in der Lage sein soll, ein in wechselnder
Menge anfallendes Brenngas, insbesondere Schwachgas, jederzeit abzunehmen bei praktisch gleichblei- bender Überhitzer- und Abgastemperatur unter Anpassung der Kesselleisiung an den Dampfbedarf durch entsprechende Zugabe von Brennstaub oder Öl, wobei die maximale Kesselleistung auch von jeder Brenn- stoffart allein erreicht werden muss.
Es sind kombinierte Brennstaub-Gasfeuerungen für Strahlungsdampferzeuger bekannt, bei denen die übereinanderliegenden Brennerdüse abwechselnd für Staub und Gas ausgebildet sind. Wegen der verschie- denen Einblasegeschwindigkeiten für Staub und Gas ergeben sich jedoch Schwierigkeiten in der Verbrennung, und überdies sind die jeweils nicht in Betrieb befindlichen Brennerdüse der Wärmestrahlung aus dem Verbrennungsraum ausgesetzt. Man hat deshalb die Gasbrenner in grösserem Abstand ober-und unterhalb der als Eckenbrenner ausgebildeten Staubbrenner angeordnet und zusätzlich eine Kühlung der nicht in Betrieb befindlichen Gasbrenner durch abgekühlte Rauchgase vorgenommen, wodurch zugleich die Heissdampftemperatur geregelt wird.
Mit dieser Bauart soll eine etwa gleichbleibende Heissdampftemperatur bei einwandfreiem Verbrennungsvorgang durch Vermischung der Flammenanteile erst am Ende des Feuerraumes erreicht werden, wobei abgekühlte Rauchgase die Abstrahlung der Staubflamme und den dadurch zu erwartenden Tempe- raturabfall am Überhitzer bei Staubbetrieb verringern.
Eine derartige Anordnung ergibt jedoch einen komplizierten Regelbetrieb und eine vielteilige Regelapparatur. Diese Schwierigkeiten werden, ohne abgekühlte Rauchgase zur Temperaturregelung verwenden zu müssen, erfindungsgemäss dadurch behoben, dass die Gasbrenner in einer vom ersten Bertihrungszug rauchgasmässig weiter entfernten Stelle angeordnet sind als die von den Gasbrennern räumlich getrennten Staub- bzw. Ölbrenner und die Gasflamme die gesamte Strahlungsfläche des Kessels beaufschlagt, während die Staub- bzw. Ölflamme einen Teil der gesamten Kesselstrahlungsfläche unberührt lässt.
Dadurch gelingt es, die Ruchgaseintrittstemperatur in dem anschliessenden Berührungszug über einen grösseren Belastungsbereich des Kessels unabhängig von dem jeweiligen Brennstoffmischungsverhältnis annähernd konstant zu halten, ohne dass eine Verschlechterung des Kesselwirkungsgrades durch Zuführung von Rauchgasen in den Feuerraum in Kauf zu nehmen ist.
Zweckmässig werden die Gasbrenner bei grösseren Kesselanlagen in zwei Gruppen von wesentlich verschiedener Leistung unterteilt, wobei die Gruppe mit kleiner Leistung, die nur in Verbindung mit den Staub- bzw. Ölbrennern in Tätigkeit tritt, nahe diesen angeordnet ist. Hiedurch lassen sich auch kleine Gasmengen sicher zünden und ausnutzen. Die Gasbrenner mit grosser Leistung können z. B. in einer Verbreiterung des Feuerraumes nahe dem Feuerraumboden angeordnet sein, während die Staub- bzw. Ölbren- ner weiter oberhalb liegen. Es ist. aber ebenfalls möglich, die Hauptgasbrenner in Taschen seitlich des Strahlungsraumes unter Bildung einer Umkehrflamme anzuordnen und die Staub- bzw. Ölbrenner weiter entfernt vom Feuerraumboden einblasen zu lassen.
Es ist zwar bereits bekannt, Staubbrenner in zwei oder mehr Gruppen aufzuteilen und die Gruppen übereinander oder in seitlichem Abstand voneinander anzuordnen, wobei die eine Gruppe in seitlichen Taschen einer ringförmigen Brennkammer untergebracht sein kann. Derartige Konstruktionen wurden zu
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dem Zwecke entwickelt, um einen niederen Teillastbetrieb bei flüssigem Schlackenabzug zu erhalten oder die Zündung der Staubbrenner zu verbessern, nicht aber, um Brenngas, das in wechselnder Menge anfällt, restlos zu verbrennen, den darüber hinausgehenden Wärmebedarf durch Staub-oder Öl zu decken und hiebei unabhängig von der jeweiligen Kesselbelastung etwa gleichbleibende Heissdampf- und Abgastemperatur zu erhalten, wie dies durch die Erfindung möglich ist.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im vertikalen Längsschnitt durch die Kesselanlage im Schema dargestellt. Hierin zeigt Fig. l die Unterteilung der Haupt-Strahlungsheizfläche des Kessels durch eine Einschnürung und die räumliche Trennung der oben liegenden Hauptgasbrenner von den unterhalb der Einschnürung liegenden Staub- und Hilfsgasbrennern.
Fig. 2 zeigt die Unterbringung der Kohlebrenner und der Gashilfsbrenner in Seitenkammern im oberen Teil des Strahlungsraumes und die Anordnung. der Hauptgasbrenner im unteren Teil.
In beiden Figuren ist ein Kessel mit unterteilter Brennkammer dargestellt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung der Brennerräume und die Anordnung der Brenner ergibt eine von der Brennstoffart weitgehend unabhängige Rauchgastemperatur vor dem Eintritt in den Überhitzer, ferner eine nur wenig schwankende Austrittstemperatur der Rauchgase beim Verlassen der nachgeschalteten Be- rahrungszüge und sie ermöglicht die weitere Ausnutzung der Abgaswärme in einem Brenngas- bzw. Luftvorwärmer, wobei Regelorgane nur im Gebiet der niedrigsten Rauchgastemperaturen erforderlich sind.
Gemäss Fig. l besteht der Strahlungsraum des Kessels aus den beiden Brennkammern 3, die nach oben hin eingezogen sind und die in den Ausbrennraum 4 münden. Die Kohlenstaub- oder Ölbrenner 5 sind im Ausführungsbeispiel als Deckenbrenner ausgebildet. Unter ihnen liegen die Hilfsgasbrenner 6, die die Aufgabe haben, geringe anfallende Gasmengen, etwa bis zu 15% der Gesamtmenge, aufzunehmen. Die Hauptgasbrenner 7 munden in seitliche Kammern 8, die durch unten aufgelopkerte vertikale Rohrwände 9 vom Ausbrennraum 4 getrennt sind. An den Ausbrennraum 4 schliesst sich der die'beiden Überhitzerrohrsysteme 10,11 aufnehmende Zug 12 an, der in bekannter Weise in einen, die Berührungsheizflächen enthaltenden, absteigenden Zug mündet.
Dieser Zug ist gemäss der Erfindung derart in zwei parallele Züge 13, 14 unterteilt, dass die überwiegende Menge der Rauchgase, z. B. etwa 75%, die nachgeschalteten
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bespült,mäss der Erfindung im Brenngasstrom ein Wärmetauscher 24, der als HeissdampfkOhler dient und bei reiner Gasheizung automatisch die Übertemperatur des Heissdampfes herdnterkühlt.
Die Kesselanlage gemäss der Erfindung arbeitet in folgender Weise :
Wird sie allein mit Kohlenstaub als Brennstoff gespeist, so erfolgt die Verbrennung. gemäss Fig. l hauptsächlich in den beiden unteren Brennkammern 3 und in dem Ausbrennraum 4, während die seitlichen Gasbrennkammern 8 praktisch ausser Betrieb sind. Am oberen Austritt des Ausbrennraumes 4 entsteht daher die zur Erreichung der Überhitzungs-Temperatur notwendige Rauchgastemperatur von z. B. 10500C.
In den beiden nachgeschalteten Zügen 13, 14. nimmt die Rauchgastemperatur auf gleiche Werte, z. B. auf 370 C ab. Die Teilströme sind hiebei auf die entsprechende Wärmeübertragung abgestimmt.
Die Rauchgase treten dann durch den Luftvorwärmer 21, während der Durchgang durch den Gasvorwärmer (Gavo) 20 abgestellt ist. Wird hingegen der Kessel ausschliesslich mit Gas, z. B. Gichtgas beheizt, so übernehmen die obenliegenden Hauptbrenner 7 die überwiegende Menge des Brenngases, z. B. 70% und die unteren Hilfsbrenner 6 die restliche Brenngasmenge von SOlo. Es. werden dadurch alle Räume 3,4 und 8 beaufschlagt und damit den nur gering strahlenden Gasflammen die erforderliche Wärmeübergangsflä- che angeboten, so dass am Eintritt in den Überhitzer 10 etwa die gleiche Temperatur herrscht, wie bei
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Ölfeuerung. InfolgeÜberhitzerkammer 12 höher liegen als bei reiner Staubfeuerung. Es muss deshalb eine Zwischenkühlung des Heissdampfes erfolgen.
Diese geschieht in dem ausserhalb des Rauchgasstromes liegenden Wärmetauscher 24, in dem die Überschusswärme des Heissdampfes auf das frisch zugeführte Brenngas übertragen wird. Damit steigt gleichzeitig die Verbrennungstemperatur des Brenngases im Feuerraum, und es wird eine bessere Wärmeübertragung im Strahlungsteil des Kessels erzielt.
Die Verhältnisse bleiben etwa die gleichen, wenn die Kesselanlage teils mit Brenngas, teils mit Brennstaub oder Öl befeuert wird, so dass die Tätigkeit der Kesselwärter sich auf die Bedienung der Brenner und Regelorgane 22,23 beschränkt.
Die Brenneranordnung kann gemäss Fig. 2 auch derart getroffen werden, dass die Staub- bzw. Ölbren-
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ner als Deckenbrenner 5 in die oberen Kammern 8 münden und auch die Gashilfsbrenner 6 neben oder zwischen den Staubbrennern 5 liegen, während die Gashauptbrenner 7 am unteren Ende in die unteren
Brennkammern 3 münden. Es werden bei reiner Staubfeuerung die unteren Brennkammern 3 nur wenig
Strahlungswärme aufnehmen, während bei reiner Gasfeuerung die gesamte Strahlungsheizfläche der Räu- me 3,4 und 8 beaufschlagt wird.
Soll die Kesselanlage neben. dem Hauptübe. rhitzer noch mit einem Zwischenüberhitzer ausgerüstet werden, dessen Temperatur unabhängig regelbar ist, so wird der Zwischenüberhitzer zweckmässig am oberen Teil des Berahrungszuges 13 eingebaut und der Rauchgasteilstrom durch den Parallelzug 14 etwa mittels einer Klappe od. dgl. am unteren Ende des Zuges regelbar gemacht. Im übrigen entspricht die
Bauart nach Fig. 2 derjenigen der Fig. 1.
Die wahlweise Parallelschaltung des Gas-und Luftvorwärmers 20,21 stellt ein bequemes Mittel dar, um den Kessel mit geringstmöglicher, praktisch konstanter Rauchgasaustrittstemperatur betreiben und die
Durchflusswiderstände durch den Gas- und Luftvorwärmer bei jedem Betriebszustand annähernd gleichhal- ten zu können.
Da bei reiner Gasfeuerung das Rauchgasvolumen beträchtlich grosser ist als bei reiner
Staubfeuerung, so wird im erstgenannten Falle der Gas-und Luftvorwärmer parallel geschaltet und die
Abwärme gleichzeitig dem Brenngas und der dem Brenngas beizumischenden Verbrennungsluft zugeführt.
Infolge der vergrösserten Wärmeilbergangsfläche in beiden Vorwärmern kann auch eine gegebenenfalls auftretende höhere Rauchgastemperatur am Ende der Züge 13,14 im Vergleich mit reiner Brennstaub- feuerung abgebaut werden. Wird nur Brennstaub verfeuert, so ist das Volumen der benötigten Verbrennungsluft wesentlich geringer, und da der Gasvorwärmer nicht im Betrieb ist, ergibt sich automatisch etwa der gleiche Durchflusswiderstand und Wärmeabbau im Lufterhitzer.
Durch die Erfindung wird eine Kesselanlage geschaffen, die bei wahlweiser Befeuerung mit Brenngas und/oder Brennstaub bzw. Öl in jedem Falle eine günstige thermische Ausnutzung des Brennstoffes, eine einfache Regelung der Überhitzer-Temperatur und eine besonders einfache Bedienung ermöglicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Feuerung für Kesselanlagen zur wahlweisen Verfeuerung von Schwachgas einerseits und Brennstaub bzw. Öl anderseits in getrennten Brenngruppen, dadurch gekennzeichnet-, dass die Gasbrenner an einer vom ersten Berührungszug rauchgaswegmässig weiter entfernten Stelle angeordnetsind als die von den Gasbrennern räumlich getrennten Kohlenstaub- bzw. Ölbrenner, und die Gasflamme die gesamte Strahlungsfläche des Kessels beaufschlagt, während die Staub- oder Ölflamme einen Teil der gesamten Kesselstrahlungsfläche unberührt lässt,.
zum Zwecke, die Rauchgas-Eintrittemperaturen in dem anschliessenden Berühtungszug über einen grösseren Belastungsbereich des Kessels unabhängig von dem jeweiligen Brennstoff-Mischungsverhältnis annähernd konstant zu halten.