Verfahren zum Betrieb eines Dampferzeugers mit unmittelbarer Kohlenstaub-Einblasung und Dampferzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Betrieb eines Dampferzeugers mit Kohlenstaubfeuerung, bei welchem der auf einer Zerkleinerungsvorrichtung erzeugte Kohlenstaub unmittelbar in die Feuerung eingeblasen wird. Beim Antrieb der Zer- kleinerungsvorriehtung durch einen Elektro nmotor oder auch einen andern Motor, der nicht in zweckmässige Beziehung zur Dampf erzeugungsanlage gebracht ist, entsteht in der Regel eine sehr erhebliche Beeinträchti gung der Dampferzeugungskosten infolge des Energieverbrauches der Vorrichtung.
In Fällen, wo zum Antrieb der Vorrichtung verhältnismässig teurer elektrischer Fremd strom benutzt wird, werden oft die sonst durch die Kohlenstaubfeuerung erreichbaren wirtschaftlichen Vorteile ganz oder nahezu ganz durch die Mahlkosten aufgehoben.
Ein weiterer Nachteil, insbesondere des elektromotorischen Antriebes, bildet der Um stand, dass die Drehzahl der Elektromotoren unveränderlich ist, sofern nicht teure Motor- konstruktionen gewählt werden. Aus diesem Grunde lässt sich eine elektromotorisch an getriebene Mahlvorrichtung in der Regel bei Teilbelastungen nicht so ökonomisch betrei ben, wie dies bei veränderlicher Drehzahl möglich wäre.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfin dung wird nun die Zerkleinerungsvorrich tung durch eine Gegendruckdampfmaschine, zweckmässig durch eine Gegendrucktampf- turbine angetrieben. Wenn die Vorrichtung eine sog.
Prallmühle ist, welche selber keine mechanisch bewegten Teile enthält und in der die Zerkleinerungsarbeit durch die von einem Luftstrahl erzeugte Prallwirkung ge leistet wird, so wird erfindungsgemäss der zum Betriebe dieser Prallmühle erforder liche Luftverdichter durch eine Gegendruck dampfmaschine (Turbine) angetrieben. Diese Gegendruckdampfmaschine kann nach zwei grundsätzlich verschiedenen Gesichtspunkten betrieben werden: Zweckmässig wird zum Betrieb der Ge gendruckmaschine nur ein verhältnismässig kleiner Teil der erzeugten Dampfmenge, da bei aber ein verhältnismässig grosser Teil des verfügbaren Druck- bezw.
Wärmegefälles zur Umsetzung in mechanische Energie be nutzt oder aber die Gegendruckmaschine wird von der gesamten oder nahezu gesam ten erzeugten Dampfmenge durchströmt, wo bei aber von dem zur Verfügung stehenden Druck- bezw. Wärmegefälle nur ein ver hältnismässig kleiner Teil in dieser Gegen druckmaschine in mechanische Energie um gesetzt wird.
In beiden Fällen ergibt sich in bequem ster Weise die Möglichkeit, den Betrieb der Kohlenmühle durch Veränderung der Dreh zahl der momentanen Belastung des Dampf erzeugers anzupassen.
Die nachfolgenden Ausführungen be ziehen sich vorerst auf den erstgenannten Fall der Gegendruckmaschine mit verhält nismässig kleinem Dampfdurchsatz. Hierbei ist es möglich, nahezu die gesamte, dem Dampferzeuger in Form des für den Betrieb der Gegendruckmaschine benötigten Dampfes entnommene Wärme wieder zuzuführen, und eben darin liegt der grosse Vorteil des er findungsgemässen Verfahrens. Die dem Dampf durch die Expansion entzogene Wärme wird in mechanische Energie um gesetzt. Diese gelangt aber zum grössten Teil in Form von Wärme wieder in die Feuerung; denn die Mahlarbeit setzt sich in Wärme um.
Beispielsweise im Falle der Prallmühle lie gen die Verhältnisse wie folgt: In dem zum Betriebe der Prallmühle erforderlichen Luftverdichter erhöht sich der Wärmeinhalt der angesaugten Luft nahezu um den Betrag der dem Dampf entnomme nen und in mechanische Energie umgesetz ten Wärmemenge. Die verdichtete Luft ex pandiert in der Prallmühle; die dadurch er zeugte kinetische Energie dient zur Kohlen zerkleinerung und wird in ihrem vollen Be trage wieder in Wärme zurückverwandelt; in der Regel wird hierbei allerdings eine Temperaturabsenkung der "Müblenluft" trotzdem eintreten, weil während des Mahl vorganges allfällig feuchte Kohle getrocknet wird. Diese Trocknungsleistung ist aber da für in der Feuerung selbst nicht mehr auf zubringen.
Von der in der Gegendruck maschine in mechanische Energie umgesetz ten Wärmemenge sind nur die Wärmever luste an die Umgebung durch Leitung und Strahlung und die Reibungsarbeit der Lager der Gegendruckmaschine und der angetrie benen Maschine als wirklich verloren zu b- trachten.
Der Hauptteil der dem Dampferzeuger entnommenen Wärme steckt in dem Wärme inhalt des in der Gegendruckmaschine expan dierten Dampfes. Dieser überwiegende Teil kann dem Dampferzeuger in verschiedener Weise wieder zugeführt werden, und zwar in nahezu vollkommenem Masse. Eine Ein schränkung bezüglich dieses Teils bilden lediglich die Stopfbüchsenverluste der Ge gendruckmaschine, und es ist daher bei der Konstruktion dieser Maschine diesem Punkte besondere Aufmerksamkeit zu schenken.
Rechnungsbeispiele haben ergeben, dass die Verluste durch Leitung und Strahlung an die Umgebung und durch die Reibungsarbeit in den Lagern, bezogen auf die Erzeugungs wärme des Dampfes, nur einige hundertstel Prozent ausmachen. Unter der Annahme üblicher und wohl ausführbarer Stopfbüch sen ist dagegen (ebenfalls bezogen auf die Erzeugungswärme des Dampfes) mit einem Verluste von 0,3, bis 0,5510' zu rechnen.
Der Totalverlust von höchstens<B>0,5%</B> ist aber um ein Vielfaches geringer als in den Fällen, wo die Kohlenmühle mit Fremdstrom oder durch eine Kondensationsanlage unmittelbar oder mittelbar (elektrisch) angetrieben wird. (Über eine Rückgewinnung der Stopfbüchsen verluste siehe weiter unten.) Die Wiedergewinnung der Wärme des Abdampfes der Gegendruckmaschine kann durch Mischung des Abdampfes mit Speise wasser erfolgen, wobei dieser Mischvorgang sich in der Speisepumpe vollzieht.
Der Ab dampf der Gegendruckmaschine kann aber auch zur Erwärmung von Verbrennungsluft dienen; insbesondere günstig ist es, die zum Betrieb der Kohlenmühle erforderliche Luft (welche ja ebenfalls Verbrennungsluft ist). mittelst des Abdampfes der Gegendruck maschine vorzuwärmen. Allfälliger Rest dampf und auf jeden Fall das gebildete Kon densat wird mit dem Speisewasser gemischt, wodurch die Rückgewinnung des Wärme inhaltes des Abdampfes vollkommen wird.
Im Falle der Speisewasservorwärung ist es oft nicht erwünscht, die Vorwärmung vor der Speisepumpe zu weit zu treiben, ganz besonders, wenn als Speisepumpe eine Krei selpumpe benutzt wird. Es kann dann aber das Speisewasser vermittelst eines Oberflä- chen-Wärmeaustauschers durch den Abdampf hinter der Speisepumpe vorgewärmt werden, wobei dann nur noch das entstehende Kon densat sich mit dem Speisewasser vor der Speisepumpe mischt.
Es kann aber auch gleichzeitig eine Vor- wärmung von Verbrennungsluft, insbeson dere von Mühlenluft, und von Speisewasser hinter der Speisepumpe durchgeführt wer den.
Die Anpassung der Leistung der Kohlen mühle und der sie mittelbar oder unmittel bar antreibenden Gegendruckmaschine an die Belastung des Dampferzeugers kann vom Druck, von der Menge oder von der Tem peratur des erzeugten Dampfes geregelt v wer den, in dem Sinne beispielsweise, dass bei Zunahme des Druckes oder der Menge oder der Temperatur des erzeugten Dampfes die Mahlleistung verkleinert wird. Es können aber auch mindestens zwei der genannten Betriebsgrössen gleichzeitig zur Regelung der Gegendruckdampfmaschine herangezogen werden.
Meistens erfolgt die Regelung einer der artigen Gegendruckdampfmaschine auf der Admissionsseite. (Durch Drosselung oder Quantitätsregelung.) In der vorliegenden Kombination kann es aber vorteilhaft sein, zur Regelung ein Drosselorgan an geeigne ter Stelle, hinter der Gegendruckmaschine und hinter einem nachgeschalteten Oberflä- chen-Wärmeaustauscher, anzubringen. Dies bringt den Vorteil, dass bei Teilbelastungen der Druck in dem Wärmeaustauscher dampf- seitig steigt, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird.
In den Fällen, wo beispiels weise die wärmeaufnehmende Luftmenge bei Teilbelastungen in höherem Masse ab nimmt als der Dampfdurchsatz der die Koh lenmühle antreibenden Gegendruckmaschine, kann der Vorteil dieser Schaltung von er- heblieher Bedeutung sein.
Von der die Kohlenmühle unmittelbar oder mittelbar antreibenden Gegendruck maschine können noch andere Hilfsmaschinen der Dampferzeugungsanlage angetrieben werden. Ganz besonders vorteilhaft ist .der gleichzeitige Antrieb eines Gebläses für die Einblasung von Verbrennungsluft, weil ver möge dieser Verbindung dieses Gebläse in gleichem Masse geregelt wird wie die Mahl leistung und damit .die Menge des eingeführ ten Brennstoffes. In bester Weise gestaltet sich diese Kombination in dem Falle der Prallmühle, wo sich dabei der Zusammenbau zweier Gebläse ergibt.
Wenn eine sogenannte Niederdruck-Prall- mühle verwendet wird, so arbeitet man in der Regel mit einem Druck von etwa 2000 mm W. S. für die Mühlenluft. Der Anteil der Mühlenluft an der Gesamt verbrennungsluft beträgt etwa 1/4;
der Hauptteil der Verbrennungsluft (3/4) muss in der Regel nur auf einen verhältnismässig kleinen Druck verdichtet werden, der, je nachdem der Brenner gestaltet ist und je nachdem noch der Widerstand eines Luftvor- wärmers zu überwinden ist oder nicht, etwa 80 bis etwa 150 mm W. S. betragen kann. Bei Anwendung auf eine Feuerung mit sehr hohen Geschwindigkeiten der Gase können die hier beispielsweise genannten Drücke er heblich höher sein. Die damit verbundene Erhöhung der Verdichtungsarbeit kann je doch vermöge des erfindungsgemässen Ver fahrens praktisch kostenlos aufgebracht wer den.
Ein sehr vorteilhafter Zusammenbau der beiden Gebläse für die Mühlenluft und für die Hauptluft ergibt sich dann, wenn für die Hauptluft ein Achsialgebläse und für die Mühlenluft ein Zentrifugalgebläse verwendet wird. Ganz besonders einfach und vorteilhaft wird dieser Zusammenbau, wenn das Achsialgebläse die Gesamtverbrennungs luft (4/4) fördert und das Zentrifugalgebläse den Mühlenluftanteil (etwa 1/4) hinter dem Achsialgebläse entnimmt.
Die konstruktive Gestaltung wird hinsichtlich Gewicht, Preis und Platzbedarf besonders günstig, wenn im Falle der Gegendruckdampfmaschine, in wel cher nur ein kleiner Teil der erzeugten Dampf menge expandiert, der oder die Wärmeaus- taüscher zur Aufnahme der Wärme des Ab dampfes in der Grundplatte der Hilfs maschine angeordnet sind. Es kann zum Beispiel die Grundplatte als Mischraum für den Abdampf der Gegendruckmaschine mit Speisewasser ausgebildet sein. Die Grund platte kann aber auch nach Art eines Ober- flächenkondensators ausgebildet sein, wobei durch die Kühlrohre Speisewasser oder Ver brennungsluft geführt wird, oder beides zu gleich in getrennten Bündeln.
Umgekehrt kann aber auch die Grundplatte als luft führendes Gehäuse des Wärmeaustausches dienen, in welchem ein vom kondensierenden Abdampf durchströmtes Rohrsystem einge baut ist. Dabei können getrennte Wärme austauschsysteme für allgemeine Verbren nungsluft (wenig verdichtet) und für Müh lenluft (höher verdichtet) vorgesehen sein. Um den Grad der Vorwärmung der Mühlen luft zu beeinflussen, kann beispielsweise eine den Vorwärmer umgehende Leitung mit ein gebautem Regulierorgan für die Mühlenluft vorgesehen sein. Es kann aber auch die Grösse des die Mühlenluft heizenden Anteils des Abdampfes vermöge eines Regulierorganes beeinflusst werden.
Eine besonders vorteilhafte Regulierung besteht darin, dass das Dampfregulierorgan der Gegendruckmaschine einerseits unter den Einfluss des Druckes des erzeugten Dampfes und anderseits unter den<B>Ei</B> influss des Druckes des Gebläses für die Mühlenluft gestellt wird (in dem Falle der Verwendung einer Prall mühle). Hierbei ist es vorteilhaft, den letzt- genannten Einfluss nicht zur Auswirkung kommen zu lassen, solange der Luftdruelz und demgemäss die Drehzahl ein gewisses Mass nicht überschreitet.
Mit andern Wor ten, es soll im allgemeinen nur der vom Druck des erzeugten Dampfes beeinflusste Teil der Reguliervorrichtung spielen, wäh rend der vom Luftdruck abhängige Teil die Rolle eines Grenzreglers übernimmt. Anstatt den statischen Druck des erzeugten Damp fes auf das Regulierorgan wirken zu lassen, ist es vorteilhaft, diesen statischen Druck vermindert um die Geschwindigkeitshöhe in einem geeignet bemessenen Querschnitt der Verbrauchsleitung des erzeugten Dampfes zur Regelung zu benutzen.
Auf diese Weise erhält man eine Regelung, die den statischen Druck im Dampferzeuger um so höher ein stellt,. je grösser der Dampfverbrauch und die Dampferzeugung sind, und umgekehrt.
In den Fällen, wo die Gegendruckmaschine von der gesamten erzeugten Dampfmenge durchströmt wird, wird in der Regel ein ganz kleiner Teil des Druck- bezw. des Wärmegefälles unmittelbar anschliessend an den Dampferzeuger von der Gegendruck maschine verarbeitet. Es können aber Fälle vorkommen, wo diese Gegendruckmaschine an das Ende der Totalexpansion oder auch in irgend einer Zwischenstufe eingeschaltet wird. Die von der Gegendruckmaschine auf genommene und abgegebene Leistung ist pro portional dem Dampfdurchsatz und dem ver arbeiteten Anteil des Gefälles.
Im Falle einer Gegendruckturbine mit gegebenem Düsen querschnitt ergibt sich beispielsweise bei ver mindertem Dampfdurchsatz aus doppelter Ursache eine Verringerung der Leistungs aufnahme und -abgabe, nämlich: 1. weil die durchfliessende Menge geringer ist, und 2. weil bei gegebenem Querschnitt die Ge schwindigkeit, also auch das verarbeitete Wärmegefälle, kleiner sein muss. Die Lei stungsveränderung würde also in höherem Masse als proportional mit der durchfliessen den Dampfmenge (welche im allgemeinen gleich der Verbrauchsdampfmenge ist) sich verändern.
Es ist daher in der Regel not- wendig, von Hand oder selbsttätig eine sol ehe Gegendruckturbine bei veränderlicher Verbrauchsdampfmenge zu beeinflussen, und zwar in dem Sinne, dass im Falle verkleiner ter Verbrauchsdampfmenge der Durchfluss- quersehnitt der Gegendruckmaschine (Tur bine) verkleinert wird, und umgekehrt. Die selbsttätige Regelung kann in Abhängigkeit des Druckes oder der Temperatur oder von diesen beiden Betriebsgrössen zugleich er folgen. Der Einfluss der Verbrauchsdampf menge kommt ohne weitere Massnahme zur Geltung. Bezüglich der möglichen Kombi nation zwischen Mühle, insbesondere Mühlen.
luftgebläse, und andern Hilfsmaschinen der Dampferzeugungsanlage, insbesondere dem Hauptluftgebläse, bestehen in Verbindung mit dieser Ausführungsform der Gegendruck- mnaschine genau die gleichen Möglichkeiten und Vorteile, wie sie vorstehend in Verbin dung mit der Gegendruckmaschine geschil dert sind, die nur einen verhältnismässig kleinen Teil der erzeugten Dampfmenge ver arbeitet. In Wegfall kommen selbstverständ lich die Verfahren und Vorrichtungen, die sich auf die Ausnützung von Abdampf be ziehen, weil ja in dem vorliegenden Falle von Abdampf der Gegendruckmaschine nicht ge sprochen werden kann.
In allen Fällen be steht die Möglichkeit, die unvermeidlichen Verluste der Stopfbüchsen ebenfalls in den lWärmeprozess zurückzuführen, indem diese Verluste in das Speisewasser abgesaugt wer den. Dabei gewinnt man zwar an Wärme- inlhalt und Substanz diese Verluste vollstän dig zurück, wird aber den Nachteil in Kauf nehmen müssen, dass mit diesem Verlustdampf auch Luft angesaugt und ins Speisewasser geführt wird, was unter Umständen als ein unerwünschter Nachteil zu betrachten ist. Man kann die Stopfbüchsenverluste aber auch durch eine geeignete Absaugevorrichtung in die Hauptverbrennungsluft führen.
Rech nungsbeispiele zeigen, dass damit nur eine ganz geringfügige Erhöhung der Feuchtig keit der Hauptverbrennungsluft entsteht, die in keiner Weise nachteilig, im Gegenteil als Erhöhung des strahlenden Bestandteils der Verbrennungsprodukte nützlich sein kann. Wärmeinhalt und Substanz dieser Stopf büchsenverluste gehen dann allerdings durch das Kamin verloren.
Zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vor richtung dienen die Fig. 1 bis 6. In den Fig. 1 bis 3 sind beispielsweise Ausführungs formen des Verfahrens schematisch darge stellt, und zwar in Fig. 1 und 2 für den Fall einer Gegendruckmaschine mit verhält nismässig kleinem Dampfdurchsatz und in Fig. 3 für den Fall einer Gegendruckdampf turbine, die von der gesamten Verbrauchs dampfmenge durchströmt wird.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausfüh rungsform der Regelung insbesondere für den Fall, dass die Kohlenmühle mittelbar durch ein Gebläse angetrieben wird (Prallmühle).
Die Fig. 5 und 6 geben ein konstruk tives Beispiel des Zusammenbaues des Hauptluftgebläses des Verdichters für eine Prallmühle, der Gegendruckdampfturbine und des Luftvorwärmers, sowohl für die Hauptluft, wie für die Mühlenluft. In den Fig. 1 bis 3 gelten folgende Be- zeielinungen gemeinsam:
1 der Dampferzeu ger im engere Sinne, 2 die Speisepumpe, 3 die Ableitung für die Verbrennungsgase, 4 die Dampfleitung für den Verbrauchsdampf, 5 die Gegendruckmaschine, 6 die Mühle (bei Fig. ? und 3 der die Luft für den Betrieb einer Prallmühle liefernde Verdichter), 7 der Kohlenbunker, aus welchem die Kohle in die Mühle fliesst, 8 die Leitung für das Staub luftgemisch in den Dampferzeuger bezw. dessen Brenner, 9 die Zuleitung des Speise wassers von der Speisepumpe in den Dampf erzeuger, 10 die Zuführungsleitung von Ver brennungsluft (ohne Mühlenluft) in den Dampferzeuger bezw. dessen Brenner,
11 die Zuleitung von Fiisahluft in die Mühle bezw. den entsprechenden Verdichter. G ist die total erzeugte Dampfmenge, - G_ die Ver- brauchsdampfmenge und G, die zum Betriebe der Gegendruckmaschine dienende (im Falle der Fig. 1 und 2) verhältnismässig kleine Dampfmenge, 12 eine Prallmühle (im Falle der Fig. 2 und 3).
In Fig. 1 strömt die Dampfmenge G2 durch die Leitung 13 zur Gegendruck maschine 5, welche die Kohlenmühle irgend welcher Art 6 antreibt. Die zum Betrieb dieser Mühle und im besonderen des zuge hörigen Sichters erforderliche Luft wird aus dem Freien durch die Leitung 11 angesaugt; das Kohlenstaub-Luftgemisch wird durch die Leitung 8 in die Feuerung des Dampferzeu gers geleitet. Der Abdampf der Gegendruck maschine strömt durch die Leitung 14 in ein Mischgefäss 15, in welchem er seinen Wärmeinhalt an die Speisewassermenge G, abgibt und hierbei gleichzeitig als Substanz zurückgewonnen wird.
Durch einen mit ge strichelten Linien angedeuteten Wärmeaus- tauscher 16 ist gezeigt, wie durch den Ab dampf auch die von der Mühle durch die Leitung 11 angesaugte Luftmenge vorge wärmt werden kann, wobei der Wärmeinhalt des Abdampfes ganz oder auch nur zum Teil an die Luft abgegeben wird. Allfälliger Rest dampf und das Kondensat strömen in das Mischgefäss 15.
In Fig. 2 strömt die verhältnismässig kleine Dampfmenge G2 durch die Leitung 17 zur Gegendruckmaschine 5. Der Abdampf durchströmt einen Wärmeaustauscher 18, durch welchen die von dem Verdichter 6 zur Prallmühle 12 strömende Mühlenluft vor gewärmt wird. In der Annahme, dass dabei nicht die gesamte anfallende Abdampfmenge kondensiert werde, ist diesem Wärmeaustau- scher ein zweiter Oberflächen-Wärmeaus- tauscher 19 nachgeschaltet, durch welchen das von der Speisepumpe 2 geförderte Speise wasser erwärmt wird. Das Kondensat fliesst über ein Drosselorgan 20 in ein Mischgefäss 21, welches der Speisepumpe vorgeschaltet ist.
Die Regelung der Gegendruckmaschine kann beispielsweise durch ein Organ 22 er folgen, das in der Abbildung beispielsweise in Abhängigkeit von der Verbrauchsdampf menge (Impulsleitung g) und von der Tem peratur des Verbrauchsdampfes (Impuls leitung t) beeinflusst wird. Anstatt das Or- gan 22 zur Regelung zu benutzen, kann auch das Organ 20 hierfür verwendet werden. Hier ist beispielsweise eine selbsttätige Rege lung in Abhängigkeit vom Druck des Dampferzeugers (Impulsleitung p) und von der Temperatur (Impulsleitung t) angenom men worden.
In Fig. 3 strömt die Verbrauchsdampf menge G, welche mit der Menge des erzeug ten Dampfes identisch ist, durch die Gegen druckmaschine 5, welche nicht nur den zur Prallmühle 12 gehörigen Verdichter 6, son dern auch noch ein Gebläse 23 zur Förde rung von Verbrennungsluft gleichachsig an treibt. Die verdichtete Mühlenluft durch strömt einen mit dem Dampferzeuger in ge eigneter Verbindung stehenden Lufterhitzer 24. Die Verbrauchsdampfmenge strömt durch die Leitung 25 vom Dampferzeuger zur Ge gendruckmaschine 5.
Im Nebenschluss zum Hauptdurchflussquerschnitt dieser Maschine ist ein Hilfsdurchflussquerschnitt \?4' ange- nGmmen, in welchen das Regelorgan 27 ein geschaltet ist. Dieses letztere steht. unter dem Einfluss der Temperatur des erzeugten Dampfes (Impulsleitung t), in dem Sinne, dass bei erhöhter Dampftemperatur das Re gelorgan \?7 mehr geschlossen und bei er niedrigter Temperatur mehr geöffnet wird.
In Fig. 4 bedeutet G wiederum die Menge des erzeugten Dampfes und G, die verhält nismässig kleine Dampfmenge, welche die Gegendruckmaschine 30 durchströmt. In die Zuleitung 31 ist das Drosselventil 32 ein geschaltet, dessen Ventilkegel 33 mit dem Hebel 34 in Verbindung steht. In dem Zy linder 35 läuft der Kolben 36, welcher einer seits unter der Wirkung der Feder 37, ander seits unter der Wirkung des Dampfdrucke in der Leitung 38 steht. Diese ist an einem Messrohr 39 angeschlossen, welches mit seiner Mündung von der Strömungsrichtung abgewendet in einer Verengung der Ver- brauchsdampfleitung 40 steht.
Diese Mess- stelle kann auch vor die Abzweigung der Dampfmenge G, gesetzt werden. Der Kol ben 36 ist ebenfalls in Verbindung mit dem Hebel 34 gebracht. Die Glocke 41 taucht. in eine Flüssigkeit 42 ein und steht einerseit unter dem Einfluss einer Feder 43 und ander seits unter dem Einfluss des Druckes in der Leitung 44, welche von dem Luftverdichter 45 zu einer nicht gezeichneten Prallmühle führt. An demn die Glocke 41 einschliessen den Gehäuse ist ein Anschlag 46 angebracht. gegen welchen die Glocke stösst, wenn der Luftdruck im Verhältnis zur Spannung der Feder ein gewisses Minimum unterschreitet.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Angenommen, der Druck an der Mess- stelle (Messröhrehen 39) steigt; dann sinkt der Kolben 36 Der Hebel 34 dreht sich um den Aufhängepunkt der Glocke 41 und schliesst das Admissionsventil der Maschine 30. Dadurch wird die Mühlenluftmenge und demzufolge auch die Mahlleistung verringert. Der Dampferzeuger wird auf kleinere Lei stung eingestellt. Da angenommen worden ist, dass der Druck des Luftverdichters 45 eine gewisse gewollte Grenze nicht über schritten habe, steht die Glocke 41 am An- chlag 46.
Wenn bei umgekehrtem Regulier- v organg bei abnehmendem Drucke an der Messstelle unter der Wirkung des Kolbens 36 sich das Admissionsventil der Gegen druck maschine 30 öffnet, kann es vorkommen.
dass die Drehzahl der Maschinengruppe 30, 45 so hoch steigt, dass ein zulässiges Mass überschritten würde. Diese Drehzahlerhöhung entspricht aber auch einer Erhöhung des Druckes in der Leitung 44, wodurch bei Erreichung einer vorgeschriebenen Grenze sich die Glocke 41 von ihrem Anschlag 46 löst, sich nach unten bewegt und in Gegen wirkung zum Einfluss des Kolbens 36 das Admissionsventil schliesst. Auf diese Weise kann die Überschreitung einer zulässigen Drehzahl der Gruppe 30, 45 vermieden wer den. Da das Messröhrchen 39 nicht den sta tischen Druck in der Leitung 40 misst, regelt der Kolben 36 auf einem um so höheren Druck im Dampferzeuger, je höher der Dampfverbrauch ist.
Es lässt sich durch Bemessung der Verengung in der Leitung 40 und der Feder 3 7 eine gewollte Zuordnung zwischen Verbrauchsdampfmenge und stati- schem Druck des Dampferzeugers in vor geschriebenen Grenzen verwirklichen.
Fig. 5 stellt einen Längsschnitt dar durch eine Maschinengruppe, bestehend aus einem Achsialgebläse für die Hauptver brennungsluftmenge, einem Schleuderver dichter für Mühlenluft (wobei eine Prall mühle vorausgesetzt ist) und einer Gegen druckdampfturbine, die einen verhältnis mässig kleinen Teil der erzeugten Dampf menge verarbeitet. Dabei ist die Fundament platte als Vorwärmer für die Hauptluft und für die Mühlenluft ausgebildet.
Fig. 6 gibt teilweise eine Ansicht von der Seite der Antriebsturbine gesehen (wo bei die Turbine entfernt gedacht ist) und einen teilweisen Schnitt durch den Druck stutzen des Schleudergebläses und einen Querschnitt durch die Fundamentplatte. Auf der Welle 50 sind das Flügelrad 51, .das Schleuderad 52 und das Dampfturbinenrad 53 befestigt. 54 ist ein gemeinsames Ge häuse für das im wesentlichen von 51 ge bildete Aclisialgebläse und den im wesent lichen von 5 2 gebildeten Schleuderverdichter. 55 ist: das Gehäuse der Antriebsturbine. Die Welle ist bei 56 und bei 5 7 gelagert.
Die gesamte V erbrennungsluftmenge strömt bei 58 in das Gehäuse ein und wird durch das Aclisialgebläse in den Raum 59 gedrückt. Von dort fliesst der Hauptteil . durch den Ringraum 60 und den Stutzen 61 in die Fundamentplatte, umströmt dort. die Rohr schlangen<B>0</B>2 und tritt durch die Öffnung 63 aus. Ein Teil der in den Raum 59 ge förderten Luft wird vom Rad des Schleuder gebläses 52 angesaugt und in die Spirale 64 gedrückt, aus welcher sie durch den Stut zen 65 in eine besondere Abteilung 66 der F undamentplatte fliesst, dort den Teil 67 der Heizschlangen umströmt und dann bei 68 austritt.
Von dort kann die Mühlenluft un mittelbar zur Prallmühle, unter Umständen jedoch zu einem weiteren, zwischengeschal teten Lufterhitzer geleitet werden. Der die Turbine antreibende Dampf tritt bei 69 ein: der Abdampf strömt durch den Abdampf stutzen 70 in einen Sammler 71, an welchem die im Längsschnitt gemäss Fig. 5 zur Zeich nungsebene parallelstehenden Rohrschlangen angeschlossen sind. Der kondensierte Dampf der einzelnen Schlangen sammelt sich in 72 und das Kondensat kann von dort beispiels weise in das Speisewasser geleitet werden.
Im Falle der Verwendung der Prall mühle kann der die Mühlenluft liefernde Verdichter gemeinsam für verschiedene Prall mühlen vorgesehen sein, und zwar in der Weise, dass eine Mehrzahl von Prallmühlen für verschiedene Feuerstellen ein und des selben Dampferzeugers oder auch, dass ver schiedene Prallmühlen im Zusammenhang mit einer Batterie von Dampferzeugern ver wendet werden.
Process for operating a steam generator with direct injection of coal dust and a steam generating system for carrying out the process. The present invention relates to the operation of a steam generator with pulverized coal firing, in which the pulverized coal produced on a comminuting device is blown directly into the furnace. When the shredding device is driven by an electric motor or another motor that is not properly related to the steam generating system, there is usually a very significant impairment of the steam generating costs due to the energy consumption of the device.
In cases where relatively expensive external electrical current is used to drive the device, the economic advantages otherwise attainable through pulverized coal firing are often wholly or almost entirely canceled out by the grinding costs.
Another disadvantage, in particular of the electric motor drive, is the fact that the speed of the electric motors cannot be changed unless expensive motor designs are selected. For this reason, a grinding device driven by an electric motor can usually not be operated as economically as it would be with a variable speed under partial loads.
According to the method according to the invention, the shredding device is now driven by a counter-pressure steam engine, expediently by a counter-pressure steam turbine. If the device is a so-called.
Impact mill is, which itself contains no mechanically moving parts and in which the crushing work is performed by the impact effect generated by an air jet, according to the invention the air compressor required to operate this impact mill is driven by a counter-pressure steam engine (turbine). This counter-pressure steam engine can be operated according to two fundamentally different aspects: It is advisable to operate the counter-pressure machine only a relatively small part of the amount of steam generated, but since a relatively large part of the available pressure respectively.
Heat gradient for conversion into mechanical energy be used or the counter-pressure machine is traversed by the entire or almost total th amount of steam generated, but where with the available pressure or respectively. Heat gradient only a relatively small proportion is converted into mechanical energy in this counter-pressure machine.
In both cases there is the most convenient way to adjust the operation of the coal mill by changing the speed of the current load on the steam generator.
The following remarks be for the time being refer to the first case of the counter-pressure machine with relatively small steam throughput. Here it is possible to supply almost all of the heat extracted from the steam generator in the form of the steam required to operate the counter-pressure machine, and this is precisely the great advantage of the method according to the invention. The heat extracted from the steam by the expansion is converted into mechanical energy. Most of this gets back into the furnace in the form of heat; because the grinding work is converted into heat.
For example, in the case of the impact mill, the conditions are as follows: In the air compressor required to operate the impact mill, the heat content of the sucked in air increases by almost the amount of heat taken from the steam and converted into mechanical energy. The compressed air expands in the impact mill; the kinetic energy generated by this is used to crush coal and is converted back into heat in its full amount; As a rule, however, a drop in temperature in the "müblenluft" will nevertheless occur because any moist coal is dried during the grinding process. However, this drying performance is no longer available for the furnace itself.
Of the amount of heat converted into mechanical energy in the counter-pressure machine, only the heat losses to the environment through conduction and radiation and the frictional work of the bearings of the counter-pressure machine and the driven machine are to be considered as really lost.
The main part of the heat extracted from the steam generator is contained in the heat content of the steam expanded in the counter-pressure machine. This predominant part can be fed back to the steam generator in various ways, to an almost complete extent. A restriction with regard to this part are only the gland losses of the counterpressure machine, and special attention should therefore be paid to this point in the design of this machine.
Calculation examples have shown that the losses through conduction and radiation to the environment and through the frictional work in the bearings, based on the heat generated by the steam, are only a few hundredths of a percent. On the other hand, assuming the usual and practicable stuffing boxes (also based on the heat generated by the steam), a loss of 0.3 to 0.5510 'can be expected.
The total loss of at most <B> 0.5% </B> is many times less than in cases where the coal mill is driven directly or indirectly (electrically) with external electricity or by a condensation system. (For information on recovering the gland losses, see below.) The heat from the exhaust steam from the counter-pressure machine can be recovered by mixing the exhaust steam with feed water, this mixing process taking place in the feed pump.
From the steam from the counter-pressure machine can also be used to heat combustion air; It is particularly favorable to have the air required to operate the coal mill (which is also combustion air). preheat the machine using the steam from the counterpressure. Any residual steam and in any case the condensate formed is mixed with the feed water, so that the recovery of the heat content of the exhaust steam is complete.
In the case of feed water preheating, it is often not desirable to drive the preheating too far in front of the feed pump, especially if a centrifugal pump is used as the feed pump. However, the feed water can then be preheated by the exhaust steam downstream of the feed pump by means of a surface heat exchanger, in which case only the resulting condensate mixes with the feed water upstream of the feed pump.
However, combustion air, in particular mill air, and feed water downstream of the feed pump can also be preheated at the same time.
The adaptation of the output of the coal mill and the counter-pressure machine that drives it directly or indirectly to the load on the steam generator can be regulated by the pressure, the amount or the temperature of the steam generated, in the sense, for example, that when the Pressure or the amount or temperature of the generated steam, the grinding capacity is reduced. However, at least two of the above-mentioned operating parameters can also be used simultaneously to regulate the counter-pressure steam engine.
Most of the time, one of the counterpressure steam engines is regulated on the admissions side. (By throttling or quantity control.) In the present combination, however, it can be advantageous to install a throttling device at a suitable point for regulation, behind the counter-pressure machine and behind a downstream surface heat exchanger. This has the advantage that with partial loads the pressure in the heat exchanger increases on the steam side, which improves the heat transfer.
In cases where, for example, the amount of heat absorbing air decreases to a greater extent than the steam throughput of the counter-pressure machine driving the coal mill, the advantage of this circuit can be of great importance.
Other auxiliary machines of the steam generating plant can be driven by the counter pressure machine driving the coal mill directly or indirectly. The simultaneous drive of a fan for blowing in combustion air is particularly advantageous, because this connection may regulate this fan to the same extent as the grinding output and thus the amount of fuel introduced. This combination works best in the case of the impact mill, which results in the assembly of two fans.
If a so-called low-pressure impact mill is used, a pressure of around 2000 mm W.S. is usually used for the mill air. The share of the mill air in the total combustion air is about 1/4;
The main part of the combustion air (3/4) only has to be compressed to a relatively low pressure, which, depending on the design of the burner and depending on the resistance of an air preheater, has to be overcome or not, about 80 to about 150 mm WS. When applied to a furnace with very high gas speeds, the pressures mentioned here, for example, can be considerably higher. The associated increase in the compression work can be applied practically free of charge by virtue of the method according to the invention.
A very advantageous assembly of the two fans for the mill air and for the main air results when an axial fan is used for the main air and a centrifugal fan is used for the mill air. This assembly is particularly simple and advantageous if the axial fan conveys the total combustion air (4/4) and the centrifugal fan takes the mill air portion (about 1/4) behind the axial fan.
The structural design is particularly favorable in terms of weight, price and space requirements if, in the case of the counter-pressure steam engine, in which only a small part of the amount of steam generated expands, the heat exchanger or heat exchangers to absorb the heat of the steam in the base plate of the auxiliary machine are arranged. For example, the base plate can be designed as a mixing space for the steam from the counterpressure machine with feed water. The base plate can also be designed in the manner of a surface condenser, with feed water or combustion air being passed through the cooling pipes, or both at the same time in separate bundles.
Conversely, the base plate can also serve as an air-conducting housing for the heat exchange, in which a pipe system through which the condensing exhaust steam flows is built. Separate heat exchange systems can be provided for general combustion air (less compressed) and for mill air (more highly compressed). In order to influence the degree of preheating of the mill air, for example a line bypassing the preheater with a built-in regulating element for the mill air can be provided. However, the size of the part of the exhaust steam that heats the mill air can also be influenced by means of a regulating element.
A particularly advantageous regulation is that the steam regulating element of the counterpressure machine is placed under the influence of the pressure of the generated steam on the one hand and the pressure of the blower for the mill air on the other (in the case of using a Impact mill). Here it is advantageous not to let the last-mentioned influence have an effect as long as the air pressure and, accordingly, the rotational speed do not exceed a certain level.
In other words, generally only the part of the regulating device influenced by the pressure of the steam generated should play, while the part that is dependent on the air pressure takes on the role of a limit regulator. Instead of letting the static pressure of the generated steam act on the regulating member, it is advantageous to use this static pressure reduced by the speed level in a suitably dimensioned cross section of the consumption line of the generated steam for regulation.
In this way, a regulation is obtained that sets the static pressure in the steam generator higher. the greater the steam consumption and steam generation, and vice versa.
In those cases where the counter-pressure machine is traversed by the entire amount of steam generated, a very small part of the pressure or is usually. of the heat gradient is processed by the counter-pressure machine immediately afterwards to the steam generator. However, there can be cases where this counter-pressure machine is switched on at the end of total expansion or in some intermediate stage. The power absorbed and delivered by the counter-pressure machine is proportional to the steam throughput and the processed portion of the gradient.
In the case of a back pressure turbine with a given nozzle cross-section, for example, with reduced steam throughput for two reasons, there is a reduction in power consumption and output, namely: 1. because the amount flowing through is lower, and 2. because the Ge speed for a given cross-section, ie the processed heat gradient must also be smaller. The change in performance would therefore change to a greater extent than proportionally with the amount of steam flowing through (which is generally equal to the amount of steam consumed).
It is therefore usually necessary to manually or automatically influence such a back pressure turbine with a variable consumption steam quantity, namely in the sense that in the case of a reduced consumption steam quantity the flow cross-section of the back pressure machine (turbine) is reduced, and vice versa. The automatic control can be performed depending on the pressure or the temperature or on these two operating parameters at the same time. The influence of the consumption steam volume comes into play without any further measures. Regarding the possible combination between mills, especially mills.
air blower, and other auxiliary machines of the steam generating system, in particular the main air blower, exist in connection with this embodiment of the counterpressure machine exactly the same possibilities and advantages as described above in connection with the counterpressure machine, which only a relatively small part of the generated Amount of steam processed. If they are omitted, the methods and devices that relate to the exploitation of exhaust steam come of course, because in the present case of exhaust steam from the counter-pressure machine cannot be spoken of.
In all cases there is the possibility of returning the unavoidable losses of the stuffing boxes to the heating process by sucking these losses into the feed water. Although these losses are fully recovered in terms of heat content and substance, the disadvantage is that air is sucked in with this lost steam and fed into the feed water, which may be viewed as an undesirable disadvantage. However, the gland losses can also be fed into the main combustion air using a suitable suction device.
Calculation examples show that this results in only a very slight increase in the humidity of the main combustion air, which is in no way disadvantageous, on the contrary, it can be useful as an increase in the radiant component of the combustion products. The heat content and substance of this stuffing box losses are then lost through the chimney.
1 to 6 are used to explain the method according to the invention and the device according to the invention. In FIGS. 1 to 3, for example, execution forms of the method are schematically illustrated, namely in FIGS. 1 and 2 for the case of a counter-pressure machine Nismass small steam throughput and in Fig. 3 for the case of a back pressure steam turbine, which is flowed through by the entire amount of consumption steam.
Fig. 4 shows schematically a Ausfüh approximate form of the control in particular for the case that the coal mill is indirectly driven by a fan (impact mill).
5 and 6 give a constructive example of the assembly of the main air blower of the compressor for an impact mill, the back pressure steam turbine and the air preheater, both for the main air as for the mill air. In Figs. 1 to 3, the following designations apply together:
1 the steam generator in the narrower sense, 2 the feed pump, 3 the discharge line for the combustion gases, 4 the steam line for the consumption steam, 5 the counter-pressure machine, 6 the mill (in Fig.? And 3 the compressor that supplies the air for the operation of an impact mill ), 7 the coal bunker from which the coal flows into the mill, 8 the line for the dust and air mixture in the steam generator or whose burner, 9 the feed line of the feed water from the feed pump in the steam generator, 10 respectively the feed line of Ver combustion air (without mill air) in the steam generator. whose burner,
11 respectively the supply of Fiisahluft in the mill. the corresponding compressor. G is the total amount of steam generated, G_ is the amount of steam consumed and G is the relatively small amount of steam (in the case of FIGS. 1 and 2) used to operate the counterpressure machine, 12 an impact mill (in the case of FIGS. 2 and 3).
In Fig. 1, the amount of steam G2 flows through line 13 to the counter pressure machine 5, which drives the coal mill of any kind 6. The air required to operate this mill and in particular the associated classifier is sucked in from the open through line 11; the coal dust-air mixture is passed through line 8 into the furnace of the Dampferzeu gers. The exhaust steam from the counter-pressure machine flows through line 14 into a mixing vessel 15, in which it gives off its heat content to the feed water quantity G and is at the same time recovered as a substance.
A heat exchanger 16 indicated by dashed lines shows how the amount of air sucked in by the mill through line 11 can also be preheated by the exhaust steam, with the heat content of the exhaust steam being given off completely or only partially to the air becomes. Any residual steam and the condensate flow into the mixing vessel 15.
In Fig. 2, the relatively small amount of steam G2 flows through the line 17 to the counter-pressure machine 5. The exhaust steam flows through a heat exchanger 18, through which the mill air flowing from the compressor 6 to the impact mill 12 is heated before. Assuming that not the entire amount of evaporation produced is condensed, this heat exchanger is followed by a second surface heat exchanger 19, through which the feed water conveyed by the feed pump 2 is heated. The condensate flows through a throttle element 20 into a mixing vessel 21, which is connected upstream of the feed pump.
The control of the counter-pressure machine can, for example, be followed by an organ 22, which is influenced in the figure, for example, depending on the amount of consumption steam (pulse line g) and the temperature of the consumption steam (pulse line t). Instead of using the organ 22 for regulation, the organ 20 can also be used for this. Here, for example, an automatic Rege development depending on the pressure of the steam generator (pulse line p) and the temperature (pulse line t) has been assumed.
In Fig. 3, the consumption steam amount G, which is identical to the amount of generated steam, flows through the counter-pressure machine 5, which not only the compressor 6 belonging to the impact mill 12, but also a fan 23 for the promotion of combustion air drives coaxially. The compressed mill air flows through an air heater 24 in a suitable connection with the steam generator. The consumption steam flows through line 25 from the steam generator to the counterpressure machine 5.
In the shunt to the main flow cross-section of this machine, an auxiliary flow cross-section is indicated, in which the control element 27 is switched on. This latter stands. under the influence of the temperature of the generated steam (impulse line t), in the sense that the control element 7 is closed more at increased steam temperature and opened more at lower temperature.
In Fig. 4, G in turn denotes the amount of steam generated and G, which behaves tively small amount of steam which the counter-pressure machine 30 flows through. In the supply line 31, the throttle valve 32 is connected, the valve cone 33 of which is connected to the lever 34. In the cylinder 35, the piston 36 runs, which is on the one hand under the action of the spring 37, on the other hand under the action of the steam pressure in the line 38 is. This is connected to a measuring tube 39 which, with its mouth facing away from the flow direction, stands in a narrowing of the consumption steam line 40.
This measuring point can also be placed in front of the branch of the steam quantity G i. The Kol ben 36 is also brought into connection with the lever 34. The bell 41 appears. into a liquid 42 and is on the one hand under the influence of a spring 43 and on the other hand under the influence of the pressure in the line 44, which leads from the air compressor 45 to an impact mill, not shown. At which the bell 41 include the housing, a stop 46 is attached. against which the bell hits when the air pressure in relation to the tension of the spring falls below a certain minimum.
The device works as follows: Assume that the pressure at the measuring point (measuring tubes 39) increases; then the piston 36 sinks. The lever 34 rotates around the suspension point of the bell 41 and closes the admission valve of the machine 30. This reduces the amount of air from the mill and consequently also the grinding capacity. The steam generator is set to lower performance. Since it was assumed that the pressure of the air compressor 45 did not exceed a certain desired limit, the bell 41 is at the stop 46.
If, with the reverse regulation process, with decreasing pressure at the measuring point under the action of the piston 36, the admission valve of the counter pressure machine 30 opens, it can happen.
that the speed of the machine group 30, 45 increases so high that a permissible level would be exceeded. This increase in speed also corresponds to an increase in the pressure in the line 44, whereby when a prescribed limit is reached, the bell 41 releases from its stop 46, moves downwards and, in counteraction to the influence of the piston 36, closes the admission valve. In this way, exceeding a permissible speed of group 30, 45 can be avoided. Since the measuring tube 39 does not measure the static pressure in the line 40, the piston 36 regulates to a higher pressure in the steam generator, the higher the steam consumption.
By dimensioning the constriction in the line 40 and the spring 37, a desired association between the amount of consumption steam and the static pressure of the steam generator can be achieved within prescribed limits.
Fig. 5 shows a longitudinal section through a machine group, consisting of an axial fan for the main combustion air, a Schleuderver densely for mill air (with an impact mill is required) and a counter pressure steam turbine that processes a relatively small amount of the steam generated. The foundation plate is designed as a preheater for the main air and for the mill air.
Fig. 6 is partially a view from the side of the drive turbine seen (where the turbine is thought to be removed) and a partial section through the pressure nozzle of the centrifugal fan and a cross section through the foundation plate. The impeller 51, the centrifugal wheel 52 and the steam turbine wheel 53 are attached to the shaft 50. 54 is a common housing for the aclisial fan essentially formed by 51 and the centrifugal compressor essentially formed by 5 2. 55 is: the housing of the drive turbine. The shaft is supported at 56 and at 5 7.
The entire amount of combustion air flows into the housing at 58 and is forced into space 59 by the aclisial fan. The main part flows from there. through the annular space 60 and the connector 61 into the foundation plate, flows around there. the tube coils <B> 0 </B> 2 and exits through opening 63. Part of the air conveyed into the room 59 is sucked in by the wheel of the centrifugal blower 52 and pressed into the spiral 64, from which it flows through the Stut 65 into a special department 66 of the foundation plate, where it flows around the part 67 of the heating coils and then exits at 68.
From there, the mill air can be directed directly to the impact mill, but under certain circumstances to a further, interposed air heater. The steam driving the turbine enters at 69: the exhaust steam flows through the exhaust steam nozzle 70 into a collector 71, to which the coils parallel to the drawing plane in the longitudinal section according to FIG. 5 are connected. The condensed steam from the individual coils collects in 72 and the condensate can, for example, be passed into the feed water from there.
In the case of using the impact mill, the compressor supplying the mill air can be provided jointly for different impact mills, in such a way that a plurality of impact mills for different fireplaces one and the same steam generator or that different impact mills in connection with a battery of steam generators can be used.