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Dampferzeuger Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung in
der Regelung der Temperatur des den Überhitzer eines Dampferzeugers verlassenden
Wasserdampfes. Sie ist im besonderen auf einen Überhitzer anwendbar, der in einem
Kessel so angebracht ist, daß im wesentlichen der gesamte Heizeffekt durch Konvektion
von den die Feuerkammer verlassenden Verbrennungsprodukten gebildet wird, wobei
die Wandungen der Feuerkammer wassergekühlte Flächen haben und eine wirbelnde Brennstoffeuerung
verwendet wird.
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Es ist bekannt, daß beim Arbeiten eines solchen Dampferzeugers die
Temperatur des überhitzten Dampfes sich bei Schwankungen der Dampfleistung ändert;
eine Verringerung in der Temperatur des überhitzten Dampfes tritt bei einer Verringerung
in der Leistung auf. Da es unerwünscht ist, der Turbine Dampf von verschiedener
Temperatur zu liefern, sind bereits verschiedene Mittel vorgeschlagen worden, um
die Schwankungen der Dampftemperatur zu korrigieren.
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Ein Verfahren zum Regeln der Temperatur des überhitzten Dampfes besteht
darin, eine Änderung in der Wärmeabsorption innerhalb der Feuerkammer des darin
verbrannten Brennstoffes zu veranlassen, so claß die über die überhitzte Fläche
streichenden Gase eine Temperatur haben, die imstande ist, den erwünschten Überhitzungsgrad
herzustellen. Ein Verfahren dieser Art ist in der deutschen Patentanmeldung C 4009
Ia/241 beschrieben.
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Dieses Verfahren sieht vor, Ströme von Brennstoff und Luft tangential
gegen den Umfang eines imaginären Zylinders zu richten, der im allgemeinen gleichachsig
zu der Feuerkammer verläuft, und diese Ströme auf den Feuerkammerauslaß zu oder
von diesem hinweg zu schwenken. Eine Änderung in der Wärmeabsorption durch die Heizfläche
der Feuerkammer wird hierdurch erreicht. Dies hat eine höhere oder niedrigere Temperatur
der die Feuerkammer verlassenden Gase und demzufolge eine höhere oder niedrigere
Überhitzung zur Folge, die davon abhängt, ob die Brenner nach oben oder nach unten
geschwenkt werden. Bei einer gegebenen Schwenkstellung sind die von den Brennerdüsen
kommenden Ströme von Brennstoff und Luft tangential gegen einen imaginären, waagerechten
Heizkreis gerichtet, dessen Durchmesser konstant gehalten wird.
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Beim Arbeiten von Dampferzeugern dieser Art hat sich herausgestellt,
daß mit den gegenwärtig ausgeführten Brennern ein Abwärtsschwenken aus der Waagerechten
keine so große Änderung in der Gasteinperatur zur Folge hat, wie ein aufwärts gerichtetes
Schw -nken aus der Waagerechten um den gleichen Winkel. Demzufolge wird die gesteuerte,
überhitzte Dampftemperatur bei einer Aufwärtsschwenkung der Brenner erheblich besser
erreicht, als wenn diese um einen gleichen Winkel nach unten geschwenkt werden.
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Es ist ein wichtiger Zweck der Erfindung, den erwähnten Nachteil zu
vermeiden und das Schwenken von tangential heizenden Brennern nach unten ebenso
wirksam zu machen wie das Schwenken dieser Brenner nach oben.
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Es hat sich ferner herausgestellt, daß die Wirkung des Verschwenkens
der Brenner auf die Temperatur der Gase und demzufolge auf die Temperatur des überhitzten
Dampfes durch Verringerung des Durchmessers des Heizkreises, wenn die Brenner nach
oben geschwenkt werden, und durch Vergrößerung des Heizkreisdurchmessers erhöht
werden kann, wenn die Brenner nach unten geschwenkt werden.
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Ein weiterer wichtiger Zweck der Erfindung besteht demzufolge darin,
den Steuerbereich der Dampftemperatur dadurch beträchtlich zu erhöhen, daß eine
geeignete und allmähliche Änderung im Durchmesser des Heizkreises von einem verhältnismäßig
kleinen Durchmesser bei maximalem Aufwärtsschwenken der Brenner bis auf einen verhältnismäßig
großen Heizkreisdurchmesser bei maximalem Abwärtsschwenken der Brenner vorgenommen
wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger, der eine z. B.
mit Wasser gekühlten Wandungen versehene Feuerkammer sowie einen Auslaß für die
Verbrennungsgase und mindestens einen schwenkbaren Brenner hat, der bei seiner Schwenk-
Bewegung
die Verbrennungszone in der Feuerkammer verschieben kann, wobei dieser Brenner um
eine Achse drehbar gelagert ist, die senkrecht zu einer Ebene verläuft, welche eine
Tangente zu der Kegelfläche eines innerhalb der Feuerkammer liegenden imaginären
Kegels bildet, dessen Achse parallel zur Achse der Feuerkammer liegt.
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Die Erfindung schafft ferner einen Dampferzeuger, welcher eine längliche,
vorzugsweise rechteckige Feuerkammer mit einem Auslaß an dem einen Ende hat, wobei
Wasserrohre die Innenfläche dieser Feuerkammer auskleiden, und mindestens ein Brennstoffbrenner
für ein tangentiales Heizen so gelagert ist, daß er nach einem Bogen geschwenkt
werden kann, der in einer Ebene liegt, die tangential zu der Kegelfläche eines imaginären
Kegels verläuft, dessen Achse mit der Längsachse der Feuerkammer im wesentlichen
zusammenfällt und dessen Spitze nach dem Feuerkammerauslaß zeigt.
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Es ist bei Dampferzeugern der hier betrachteten Art bereits auch vorgeschlagen
worden, Brenner zu verwenden, die um eine waagerechte Achse nach oben und unten
verschwenkbar sind. Ferner ist es bereits bekannt, die Brenner solcher Dampferzeuger
in einer Richtung zu verschwenken, die senkrecht zur Längsachse des Feuerraumes
verläuft.
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Es ist weiterhin bei mit Kohlenstaub arbeitenden Feuerungen, welche
mehrere Gruppen von übereinander angeordneten Brennern aufweisen, bekannt, die Brenner
der einzelnen Gruppen derart zu richten, daß jede Gruppe eine kreisförmige Verbrennungszone
schafft, die im Durchmesser von jeder benachbarten Zone abweicht, wodurch die Durchmesser
der Verbrennungszonen sich in einer Richtung der Achse der Feuerung fortlaufend
verkleinern, woraus sich ein konisches Verbrennungsmuster ergibt. Die Brenner dieser
benachbarten Feuerung sind fest angeordnet.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß überraschende und sehr
wichtige Vorteile erhalten werden können, wenn der Brenner in einer schrägen Richtung
verschwenkt wird, die von der senkrechten Richtung derart abweicht, daß der vom
Brenner bei der Verschwenkung beschriebene Bogen in einer Ebene liegt, die tangential
zu der Mantelfläche eines gedachten Kegels verläuft, dessen Achse im wesentlichen
mit derLängsachse desFeuerraumes zusammenfällt und dessen Durchmesser in Richtung
auf den Auslaß des Feuerraumes abnimmt.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt, und zwar ist Fig.1 eine schematische Seitenansicht eines Dampferzeugers
und veranschaulicht die bevorzugte Verwendung der Erfindung; Fig. 2 ist eine Draufsicht
im waagerechten Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig.1; Fig. 3 ist eine vereinfachte
Ansicht einer Bremiereinheit nach der Linie 3-3 der Fig. 2 und veranschaulicht eine
Anwendung der Erfindung auf einen Brennersatz, der mit Bezug auf die lotrechte Achse
der Feuerungskammer geschwenkt ist; Fig. 4 zeigt einen - Satz von Kurven, welche
graphisch darstellen, wie sich die Anwendung der Erfindung auf den Steuerungsbereich
der Dampftemperatur erstreckt.
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Bei der Darstellung der Fig. 1 weist der Kessel eine Dampf- und Wassertrommel
10 auf. Diese Trommel liefert Wasser durch die Fallrohre 12 hindurch zu den
unteren Wasserkammern 14, 16 und 18, mit denen die unteren Enden von wassergekühlten
Rohren 20 verbunden sind, welche die Wandungen und das Dach der Feuerungskammer
22 bilden. Die oberen Enden einiger der erwähnten Rohre 20 sind direkt an die Wasser-
und Dampftrommel 10 angeschlossen. Die anderen Rohre enden in der oberen
Wasserkammer 24, die ihrerseits mit der Trommel 10 über Verbindungsrohre 26 in Verbindung
steht. In dem unteren Teil der Feuerungskammer sind in jeder Ecke (Fig.2) tangential
heizende Brenner 28 angeordnet. Brennstoff und Luft werden durch diese Brenner hindurch
in die Feuerung in einer Richtung längs einer Linie eingeführt, die tangential zu
dem Umfang eines imaginären Heizkreises verläuft. Die Verbrennungsgase folgen einer
spiralförmigen Strömungsbahn aufwärts aus dem Auslaß 29 der Feuerung zu, während
sie einen wesentlichen Teil der in den Gasen enthaltenen Wärme an die Wasserrohre
20 für die Dampferzeugung abgeben. Beim Verlassen der Feuerung treten die Gase in
einen im allgemeinen waagererlxten Gaskanal 30 ein, in welchem ein Überhitzerabschnitt
31 von hoher Temperatur und ein Überhitzerabschnitt 32 von niedriger Temperatur
aufgehängt sind. Ein lotrechter Gaskanal34 erstreckt sich von dem hinteren Teil
dieses waagerechten Kanals 30 nach unten. Zusätzliche wärmeaufnehmende Flächen,
wie beispielsweise ein Ekonomiser 36 oder eine Lufterhitzungsfläche (nicht dargestellt),
können in dem Gaskanal 34 angeordnet sein, durch den hindurch die Gase auf ihrem
Weg zu einem nicht gezeigten Schornstein strömen.
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Der in den Verdampfungsrohren20 erzeugte Dampf gelangt in üblicher
Weise in die Trommel 10 und der Sattdampf von dort über die Rohre 40, den Sammler
38 in den Überhitzer 32/31 und den Sammler 42, um mit gewünschter Temperatur durch
die Leitung44 der Turbine zuzuströmen.
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Wie sich die vorgeschlagenen Brennereinstellungen auf die Dampftemperaturen
auswirken, ist in Fig. 4 graphisch dargestellt. Dort sind die Änderungen der Dampftemperatur
bei verschiedenen Winkeln der senkrechten Brennerverschwenkung über einen Schwenkbereich
aufgetragen, der sich von -301 (nach unten) bis auf -I-30° (nach oben) von
der Waagerechten erstreckt. Dies ist durch die Kurven X, Y und Z angegeben.
Die Kurve X stellt die Temperaturänderungen dar, die bei verschiedenen Winkeln der
Brennerverschwenkung - von der Waagerechten nach oben und unten - wenn die Heizung
in tangentialer Richtung auf einen feststehenden oder verhältnismäßig kleinen Heizkreis
von etwa 600 mm zu stattfindet. Die Kurve Y stellt die Änderungen der Temperatur
dar, die für verschiedene Winkel der Brennerverschwenkung - von der Waagerechten
aufwärts und abwärts - aufgetragen sind, wenn die Heizung in tangentialer Richtung
auf einen feststehenden und verhältnismäßig großen Heizkreis von etwa 1800 mm Durchmesser
zu erfolgt.
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Die Kurve X (Heizkreis von kleinem Durchmesser) fällt von der waagerechten
Brennerstellung e bis zu der tiefsten 30°-Stellung a und steigt von der waagerechten
Lage e bis zur obersten 30°-Stellung b. In ähnlicher Weise fällt die
Kurve Y (Heizkreis von großem Durchmesser) von einer waagerechten Lage g bis zur
tiefsten Stellung c und steigt von der waagerechten Lage g bis zur obersten Stellung
d.
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Die Temperaturänderung e-b, die durch eine aufwärts gerichtete Schwenkbewegung
bei Verwendung eines kleinen Heizkreises erzielt wird, wie dies durch die Kurve
X angegeben ist, übertrifft diejenige, e-a, wesentlich, die durch eine nach
unten gerichtete Schwenkbewegung bei Benutzung desselben kleinen
Heizkreises
erzielt wird. Umgekehrt ist die Temperaturänderung g-d, die durch eine aufwärts
gerichtete Schwenkbewegung bei Verwendung eines großen Heizkreises erzielt wird,
wie dies durch die Kurve Y angedeutet ist, im Umfang beträchtlich kleiner als diejenige,
--c, welche durch eine abwärts gerichtete Schwenkbewegung bei tangentialer Richtung
auf denselben großen Heizkreis erzielt wird.
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Die gemäß der Erfindung getroffene Verbesserung der Brennerschwenkbewegung
zieht nun Vorteil aus den Ungleichheiten der Temperaturänderung, wie dies durch
die Kurven X und Y dargestellt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß
der Durchmesser des Heizkreises von einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser, wie
beispielsweise von etwa 600 mm, bei der maximalen Aufwärtsschwenkbewegung auf einen
verhältnismäßig großen Durchmesser, wie beispielsweise etwa 1800 mm, bei der tiefsten
Abwärtsschwenkung ändert.
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Bei einem Dampferzeuger gemäß der Erfindung werden somit die Temperaturänderungen,
wenn diese auf den Brennerschwenkwinkel aufgetragen werden, einer Linie folgen,
die durch die Kurve Z dargestellt ist. Der oberste Punkt b dieser Kurve Z fällt
mit der Kurve X zusammen und gibt an, daß in der obersten Schwenkstellung (-I-30°)
ein kleiner Heizkreisdurchmesser nutzbar gemacht wird. Der tiefste Punkt c der Kurve
Z fällt mit der Kurve Y zusammen und gibt an, daß in der tiefsten Schwenkstellung
(-30°) ein großer Heizkreis nutzbar gemacht wird.
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Bei einer allmählichen Vergrößerung des Heizkreisdurchtnessers (beispielsweise
von 600 mm bis auf 1800 mm), wie dies durch die Kurve Z dargestellt ist, kommt die
Temperaturänderung h-b zwischen der waagerechten Lage H und der obersten
Stellung b annähernd der Temperaturänderung la-c zwischen der waagerechten
Lage h und der tiefsten Schwenkstellung c gleich.
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Ferner ist durch die Betrachtung der Fig. 4 zu erkennen, daß bei Verwendung
des verbesserten Verfahrens und der Einrichtung zum Schwenken der Brenner bei einer
wassergekühlten Feuerung eines Dampferzeugers, welcher in der Hauptsache durch Konvektion
Wärme entziehende Überhitzer-Heizflächen hat, die Wirkung der Brennerschwenkbewegung
auf die Dampftemperatur wesentlich größer wird, als wenn entweder ein kleiner oder
großer, aber feststehender Heizkreisdurchmesser benutzt wird. Dies ist klar ersichtlich,
wenn die Gesamttemperaturänderung c bis b der Kurve Z (die einen veränderbaren Heizkreis
benutzt) mit den Temperaturänderungen a bis b der Kurve X oder c bis
d der Kurve Y verglichen werden, die beide auf einem feststehenden
Heizkreisdurchmesser beruhen.
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Die Erfindung sieht somit vor, die Brenner- und Luftdüsen 28 in der
Feuerungskammer so zu lagern, daß die Schwenkbewegung um eine Achse T stattfindet,
die einen Winkel A mit der Waagerechten H bildet, wie dies schematisch in Fig. 3
angegeben ist. Wenn Brennstoff und Luft durch diese Brenner in waagerechter Richtung
eingeführt werden, werden diese Brenner so eingestellt, daß die erwähnten Brennstoff-
und Luftströme tangential zu dem Umfang eines dazwischenliegenden Heizkreises I
gerichtet sind. Der Winkel A zwischen der Kippachse T der Brenner und der Waagerechten
H ist hierbei so, daß, wenn die Brennstoff- und Luftströme aufwärts gerichtet werden,
sie einer Linie folgen, die tangential zu dem Umfang eines oberen Heizkreises U
verläuft, welcher kleiner als der erwähnte dazwischenliegende Heizkreis 1 ist. Bei
einer Brennerrichtung nach unten werden diese Ströme tangential auf den Umfang eines
unteren Heizkreises L treffen, welcher entsprechend größer als der dazwischenliegende
Heizkreis J ist. Der Winkel A hat vorzugsweise eine Größe, die einen oberen Heizkreisdurchmesser
von etwa 600 mm und einen unteren Heizkreisdurchmesser von etwa 1800 mm ergibt,
wenn die Brenner etwa um 30° nach oben oder unten geschwenkt werden. Der Winkel
A kann sich natürlich mit der geometrischen Gestalt der Feuerungskammer sowie mit
der Anordnung der die Wasserwand erhitzenden Fläche ändern oder kann auch durch
andere Faktoren, wie beispielsweise eine erneute Gaszirkulation, beeinflußt werden.
Der Winkel A wird gewöhnlich für eine gegebene Reihe von Arbeitsbedingungen konstant
sein. Jedoch kann durch geeignete, von Hand gesteuerte oder selbsttätig arbeitende
Vorrichtungen an sich bekannter Art der Winkel A zwischen der Waagerechten und der
Kippachse der Brenner geändert werden, um sich jeder neuen Reihe von Arbeitsbedingungen
anzupassen, die beispielsweise bei einer Änderung des Brennstoffs und einer Änderung
der Schlackenbildung an den Feuerungswandungen auftreten.
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Ein gemäß der Erfindung und den obenerwähnten Arbeitsbedingungen ausgebildeter
Brenner wird daher bei seiner bevorzugten Ausführung Brennstoff und Luft tangential
auf den Umfang eines Stumpfes eines kreisförmigen Kegels liefern, welcher eine untere
Grundfläche, die durch den unteren Heizkreis L gebildet wird, und eine obere Grundfläche
hat, die durch den oberen Heizkreis U gebildet wird. Die Ebene, innerhalb deren
die Schwenkbewegung der Brenner auftritt, ist demzufolge die Tangentialebene, welche
die Kegelfläche des imaginären Stumpfes berührt. Dies ist schematisch in Fig. 1
angedeutet.
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Wenn auch eine bevorzugte Ausführung der Erfindung beschrieben wurde,
bei der die Brenner geschwenkt werden, um der Umrißlinie einer imaginären Kegelfläche
zu folgen, so ist die Erfindung auch auf das Schwenken von Brennern anwendbar, die
einer unregelmäßigen oder gekrümmten Umrißlinie folgen, wie beispielsweise dem Umfang
irgendeines Drehkörpers, der innerhalb der Feuerungskammer angeordnet ist.
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Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführung verläuft der imaginäre
Kegelstumpf gleichachsig zu der Feuerungskammer, die Erfindung ist hierauf nicht
beschränkt, sondern kann auch bei einer Einrichtung angewendet werden, bei der die
Achse des imaginären Drehkörpers (wie beispielsweise eines Kegelstumpfes) weder
mit der Längsachse der Feuerung zusammenfällt, noch parallel zu ihr verläuft. Die
Gestalt der Feuerungskammer sowie die Anordnung der darin angebrachten, die Wasserwand
erhitzenden Fläche oder anderer Heizflächen können so sein, daß sie Form und axiale
Lage des imaginären Drehkörpers vorschreiben, mittels dessen die Schwenkbewegung
der Brennerdüsen für die Beherrschung der Temperatur des überhitzten Dampfes gelenkt
wird.
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Die verbesserte Überhitzungssteuerung mittels schwenkbarer Brenner
kann auch in Kombination mit oder zusätzlich zu anderen Überhitzungs-Steuereinrichtungen
verwendet werden, wie beispielsweise mit einer Steuerung, mittels eines in einer
Umführungsleitung sitzenden Schiebers oder mit einer Steuerung zur Aufhebung der
Überhitzung bzw. einer Steuerung einer wiederholten Gaszirkulation.
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In Fig. 3 ist eine Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der drei
Brennerdüsen vorhanden sind,
die in jeder Ecke einen Brennersatz
darstellen. Um den Zweck der Erfindung zu erreichen, wird die Achse S-S des ganzen
Brennersatzes von der Lotrechten V aus geschwenkt. Es können auch andere Schwenkeinrichtungen
verwendet werden, um den Zweck der Erfindung zu erzielen, wie beispielsweise ein
Schwenken einer jeden einzelnen Brennerdüse unabhängig von allen anderen, wobei
sie sich nach einer eigenen imaginären Umrißlinie richten, die innerhalb der Feuerung
liegt, sowie beispielsweise der Kegelfläche eines Stumpfes oder der Fläche irgendeines
anderen Drehkörpers.
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Ferner können auch zwei oder mehr Brennersätze in einer Ecke in verschiedener
Höhenlage angeordnet sein, wobei einige oder alle Brenner mit der Schwenkeinrichtung
der Erfindung ausgestattet sind.
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Die Erfindung kann auch bei einer Feuerung von länglicher Gestalt
verwendet werden, welche zwei Auslässe, einen an jedem Ende, hat. Eine solche Feuerung
kann in irgendeiner Lage aufrechtstehend oder waagerecht angebracht werden, und
der obenerwähnte imaginäre Drehkörper kann die Gestalt einer Sanduhr haben oder
kann aus zwei Stumpfen zusammengesetzt sein, die mit der kleineren Grundfläche der
Länge nach miteinander vereinigt sind.