DD289804A5 - Heizanlage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine weiter verbesserte, nach dem Pulsations-Verbrennungsverfahren arbeitende Heizanlage zum Verbrennen von Kohlenstaub, Kohle, Gas oder OEl. Die erfindungsgemaesze Anlage weist einen Brennraum 16 auf, in den der Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas eingegeben werden. Die Heizanlage arbeitet als sogenannter Pulsationsbrenner in einem Rohr 10. Der Abstand eines Verbrennungsraumes 16 bzw. eines den Verbrennungsraum definierenden Rostes 18 vom stromauf der Flamme gelegenen Rohrende 28 ist etwa gleich der Haelfte des Abstandes vom stromab gelegenen Rohrende 30. Das stromab gelegene Rohrende 30 muendet in einen schalldaempfenden Hohltopf 32. Figur{Heizanlage; Pulsationsverbrennungsverfahren; Pulsationsbrenner; Verbrennungsraum; schalldaempfender Hohltopf; Pulsationsrohr; definierte Pulsationsrohrlaengen}
Description
Hierzu 4 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgeblot der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanlage zum Verbrennen von Brennstoff, wie Kohlestaub, Kohle, Gas oder Öl unter Anwendung des sogenannten Pulsationsverfahrens.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Diese Technik- das Pulsations-Verbrennungsverfahren - ist seit langem bekannt. Sie geht unter anderem zurück auf das sogenannte Schmidt-Rohr und hat den Vorteil einer totalen (stöchiometrischen) Verbrennung mit hoher Energieausbeute. Insbesondere ist die Pulsationsverbrennung in einem langgestreckten Schmidt-Rohr, geeignet für die Verbrennung von Kohlestaub (f. H.Reynst, „Pulsating Combustion", Pergamon Press, New York, 1961).
Insbesondere bei der Verbrennung von Kohlestaub, aber auch von fester Kohle, entsteht um die brennenden Teilchen herum eine Hülle von Verbrennungsprodukten, durchweiche der Sauerstoff dringen muß, um zur Oberfläche der brennenden Teilchen zu gelangen. Die Verbrennungsgeschwindigkeit der Teilchen wird deshalb durch die Diffusionsrate bestimmt, mit welcher der Sauerstoff zu der Oberfläche der brennenden Teilchen gelangt.
Eine Möglichkeit, der Oberfläche der brennenden Teilchen schnell Sauerstoff zuzuführen, bietet die sogenannte pulsierende Verbrennung. Dieses Phänomen ist seit langem bekannt (siehe z.B. Zeitschrift „Journal of the Institute of Fuel", November 1968, S.423-426; Zeitschrift „Thermal Engineering", 16,1961, S.9-13, Aufsatz von V.S.Severyanin; und Zeitschrift „Öl & Gasfeuerung", 3,1979, S.166-178).
Ein Problem bei Heizanlagen mit pulsierender Verbrennung besteht in der starken Geräuschentwicklung. Zur Minderung der Geräuschentwicklung ist es im Stand der Technik auch schon bekannt, die pulsierende Verbrennung in einem sogenannten Viertel-Wel!enlängen-Rohr (Quarter-Wave-Tube) durchzuführen, siehe z.B. „Combustion Technology: Some modem developments". Hrsg. H.B. Palmer und J. M. Beer, Academic Press, 1974, S. 138. Bei einer pulsierenden Verbrennung in einem Viertel-Wellenlängen-Rohr reflektiert ein vom Brennraum ausgehender Druckpuls an einem geschlossenen Ende des Rohres derart, daß sich die reflektierte Welle mit der einlaufenden Welle überlagert und dabei eine Schall-Abschwächung bewirkt. Wenn sich die Technik der Pulsationsverbrennung trotz der bekannten Vorteile, wie hohem Wirkungsgrad und geringsr Umweltbelastung, rächt bei Heiz-Großanlagen durchgesetzt hat, so liegt das unter anderem auch an der großen Geräuschentwicklung und den erforderlichen hohen Schornsteinen.
Ziel der Erfindung
« Ziel der Erfindung ist es, bei hohem Wirkungsgrad der Verbrennung die Geräuschentwicklung und den Schadstoff-Ausstoß stark zu reduzieren.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, kompakte Pulsatins-Heizanlage zu entwickeln, die leicht steuerbar und an unterschiedliche Betriebsparameter einfach anpaßbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Rohr, zwischen dessen Enden ein Druckgradient erzeugt wird und in dem ein Brennraum derart angeordnet ist, daß sein Abstand vom stromauf gelegenen Rohrende zumindest annähernd gleich der Hälfte seines Abstandes vom stromab gelegenen Rohrende ist, welches in einen Hohltopf mündet, dessen Durchmesser größer ist als der des Rohres.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Heizanlage ist der Brennraum im Rohr derart angeordnet, daß ein sogenanntes Viertel-Wellenlängen-System entsteht.
Zur optimalen Abstimmung der Heizanlage in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Position des Brennraumes im Rohr einstellbar ist.
Der erfindungsgemäß stromab des Pulsationsrohr gelegene Hohltopf, in den das stromab gelegene Rohrende mündet, dient als sogenannter „Dekoppler", d.h. der Hohltopf hat eine schalldämpfende Wirkung. Hierzu hat der Hohltopf einen Durchmesser, der etwa dem zwei- bis dreifachen des Durchmessers des Pulsationsrohres entspricht, während die Länge des Hohltopfes etwq einem Drittel bis einem Fünftel, bevorzugt einem Viertel, der Gesamtlänge des Pulsationsrohres entspricht.
Dem der Geräuschdämpfung dienenden Hohltopf ist im Strömungsweg der Verbrennungsgase ein erster Wärmetauscher nachgeschaltet. Aus diesem ersten Wärmetauscher treten die Verbrennungsgase in zumindest ein als solches bekanntes Zyklon, um Staub- und Rußteilchen und dergleichen aus den Verbrennungsgasen zu entfernen.
Dem Zyklon (bzw. mehreren Zyklons) ist ein Gebläse nachgeschaltet, welches die Verbrennungsgase in eine Sprudeleinrichtung überführt, welche als zweiter Wärmetauscher dient. Die Sprudeleinrichtung entspricht bevorzugt der DE-PS 3049805.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizanlage ist das Pulsationsrohr stromab des Brennraumes etwa U-förmig gekrümmt. Hierdurch entsteht eine kompakte Bauweise. Zusammen mit dem am Rohrende angeordneten Hohltopf und dom ersten Wärmetauscher bildet das Pulsationsrohr etwa die Form eines umgekehrten U. Die beiden Enden der Schenkel des U sind auf einem Hohlkörper montiert, der mehrere Funktionen übernimmt. Stromab des Strömungsweges ist im Hohlkörper das Zyklon angeordnet. Stromauf des Pulsationsrohres bildet der Hohlkörper einen Hohlraum, in den das Pulsationsrohr mündet. Dieser Hohlraum hat ebenfalls eine geräuschdämpfende Wirkung.
Soll mit der erfindungsgemäßen Heizanlage feste Kohle verbrannt werden, so dient ein Rost zur Eingrenzung des Brennraumes, wobei dio Stellung des Rostes im Rohr entsprechend den Betriebsparametern der Verbrennung einstellbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird im Brennraum ein Überdruck an sauerstoffhaltigem Gas mittels eines Gebläses erzeugt. Der erzeugte Überdruck liegt im Bereich von 1 bis 20atü, bevorzugt bei etwa 8atü.
Das erfindungsgemäße Pulsationsverfahren in einem Viertel-Wellenlängen-Rohr ermöglicht eine stöchlometrische Verbrennung bei niedrigen Temperaturen. Hierdurch wird die Bildung von Schadstoffen, insbesondere Stickoxiden, reduziert.
Für eine weitere Reduzierung der Schadstoffe, kann der Kohle- bzw. dem Kohlestaub Kalzium beigemischt werden. Hierdurch werden weitere Stick· und Schwefeloxide gebunden.
sogenanntes Fluid-Bett vorgesehen. Hierzu sind an der Stelle des Rohres, an welcher der Brennraum liegen soll, Einlaßdüsen fürein Fluid, wie Luft, vorgesehen, die das Fluid unter so hohem Druck einführen, daß die zu verbrennenden Teile, wie Kohle und
und entsprechend der vom Sensor angezeigten Sauerstoffkonzentration wird das Gebläse gesteuert.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigt
die Abmessungen der übrigen Teile.
einen Einlauf 12 in das Rohr 10 eingeführt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird fester Brennstoff verbrannt. Die Anlagekann aber auch auf andere Brennstoffe, wie Öl und Gas, umgestellt werden.
der links der Klappe 13 im Rohr 10 ein hoher Überdruck aufrecht erhalten werden kann.
sondern durch eine Gasdüse 18 a bzw. eine Öldüse 18b, deren Position in Fig. 1 ebenfalls angegeben ist. Es können auch mehrere
einstellbar ist.
entsprechende Düsen in unterschiedlichen Höhen angeordnet werden, so daß der Gas- bzw. Ölstrom in unterschiedlichen
unten beschrieben.
pulsiert, in bezug auf das stromauf gelegene Rohrende 28 bzw. das stromab gelegene Rohrende 30 des Pulsationsrohr 10 istderart einstellbar, daß der Abstand des Rostes 18 vom stromauf gelegenen Rohrende 28 zwischen dem 0,4- bis 0,6fachen des
oder offen.
beträgt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist am stromab gelegenen Rohrende 30 ein sogenanntes Flapper-Ventilvorgesehen, also ein Einwegventil, welches in Strömungsrichtung öffnet und umgekehrt fließt. Die Verbrennungsgasedurchströmen den Hohltopf 92 in Fig. 1 von oben nach unten und legen dabei einen Weg von ca. 450mm zurück. Der Hohltopf 32ist in seinem Bodenabschnitt trichterförmig ausgestaltet und mündet in einen ersten Wärmetauscher 34, in dem die in den
dargestellten Kühlwasserkreislauf durchströmt. Das Rohr 10 und der Hohltopf 32 sind also hohlwandig ausgebildet. In Fig. 1 sind
die Anschlußleitungen für den Wasserkreislauf (bzw. die Wasserkreisläufe) mit dem Bezugszeichen 36 versehen. Über den
drückt. Das Gebläse erzeugt einen Überdruck gegenüber der äußeren Atmosphäre am Rohrende 28 zwischen 0,5 und 40 atü,vorzugsweise 5 bis 12atü, insbesondere 8atü. Der Überdruck hängt von den Betriebsparametern und vom Brennstoff ab. Am
das in Richtung auf das Rohrinnere öffnet und in umgekehrter Richtung fließt.
den Zyklons 46 wird das Verbrennungsgas in bekannter Weise in eine Drehbewegung versetzt, so daß mittels Zentrifugalkräften
noch nicht vollständig abgekühlten Verbrennungsgase zu einem weiteren Wärmetauscher überführt, der im wesentlichen der
in einem Wasserbad 66 angeordnet ist. Durch Vertikal-Rohre 68 strömen die heißen Verbrennungsgase in eine Kuppel 70, die in
größer werdende Schlitze 74 vorgesehen, durch welche die Verbrennungsgase das Wasser durchsprudeln. Wie in der
in an sich bekannter Weise vorgesehen.
kreisförmigen Platte, die konzentrische, jeweils etwa viertelkreisförmige Ausnehmungen 80 aufweist. Vier Vorsprünge 82stehen radial vor und zentrieren den Rost 18 unter Abstand in bezug auf die Innenwand des Rohres 10.
einen Nutzstoff herzustellen, nämlich Ammoniumsulfatsalpeter.
insbesondere direkt an die Ausgangsleistung 52 gemäß Fig. 1 angeschlossen werden.
tritt bei 107 in das Rohr 106 und wird in den Raum 104 gesprüht. Das sprühende Wasser reinigt die Gase, die don Raum 104 in
des Raumes 104 ist Wasser 108 gesammelt, das bis zum Eingang ?<ies Überlaufrohres 110 reicht.
beschriebenen Sprudeleinrichtung 60 entspricht (DE-PS 3049805). Durch die Schlitze 74 tritt das Gas in das Wasser 116 ein,dessen Pegel durch ein Überlaufrohr 124 bestimmt ist.
weitestgehend entspannt.
durch die feinen Löcher in den Raum 121 gesprüht wird und so mit den gereinigten und abgekühlten Verbrennungsgasen in
dessen Boden ebenfalls Wasser 134 steht.
insbesondere Ozon, sowie Ammoniak eintritt, welches im Raum 132 versprüht wird.
140'" eines Endkondensators zu einem Ausgang 144 des Gehäuses 100, der zu einem Schornstein führt.
Claims (16)
1. Heizanlage zum Verbrennen von Brennstoff, wie Kohlestaub, Kohle, Gas oder Öl, gekennzeichnet durch ein Rohr (10), zwischen dessen Enden (28,30) ein Druckgradient erzeugt wird und in dem ein Brennraum (16) derart angeordnet ist, daß sein Abstand vom stromauf gelegenen Rohrende (28) zumindest annähernd gleich der Hälfte seines Abstandes vom stromab gelegenen Rohrende (30) ist, welches in einen Hohltopf (32) mündet, dessen Durchmesser größer ist als der des Rohres.
2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hohltopf (32) ein erster Wärmetauscher (34) nachgeschaltet ist.
3. Heizanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) ein sogenanntes Viertel-Wellenlängen-Rohr ist.
4. Heizanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgradient permanent in dem Rohr (10) mittels eines außerhalb des stromauf gelegenen Rohrendes (28) angeordneten Gebläses (40) erzeugt wird, das einen Überdruck an diesem Rohrende von 0,5 bis 40bar bewirkt.
5. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Brennraumes (16) im Rohr (10) einstellbar ist.
6. Heizanlage nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des ersten Wärmetauschers (34), welcher dem Hohltopf (32) nachgeschaltet ist, eine Sprudeleinrichtung (60) als zweiter Wärmetauscher nachgeschaltet ist.
7. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) stromab des Brennraumes etwa U-förmig gekrümmt ist, wobei das gekrümmte Rohrstück (24) etwa so lang ist wie die Hälfte bis ein Drittel der Gesamtlänge des Rohres.
8. Heizanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) und der Hohltopf (32) sowie der erste Wärmetauscher (34) insgesamt etwa die Form eines umgekehrten U aufweisen und mit den beiden Schenkelenden auf einem Hohlkörper (38) befestigt sind.
9. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (16) durch einen Rost (18) bestimmt wird, dessen Stellung im Rohr (10) einstellbar ist.
10. Heizanlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (16) als Fluidbett ausgebildet ist.
11. Heizanlage nach Anspruch 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Geb'äses (40) Sauerstoff in den Brennraum (16) eingeführt wird.
12. Heizanlagenach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Brennraumes (16) ein Sauerstoffsensor angeordnet ist und daß entsprechend der mit diesem gemessenen Sauerstoffkonzentration das Gebläse (40) gesteuert wird.
13. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Brennraumes (16) vom stromauf gelegenen Rohrende (28) etwa 40 bis 60% des Abstandes vom stromab gelegenen Rohrende (30) beträgt.
14. Heizanlage nach Anspruch 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Gebläses (40) ein Druckgradient von 1 bis 20 bar, vorzugsweise 8 bar, eingestellt wird.
15. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am stromauf und/oder am stromab gelegenen Rohrende (28 bzw. 30) ein sogenanntes Flapperventil angeordnet ist.
16. Heizanlage nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Rohres (10) und des Brennraumes (16) und gegebenenfalls stromab der Sprudeleinrichtung (60) eine Einrichtung (128) vorgesehen ist zum Eingeben von Ammoniaklösung, welche mit den Verbrennungsgasen in Berührung kommt, sowie eine Einrichtung (138) zum Eingeben eines Oxidationsmittels und von Ammoniak.
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