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Die
Erfindung betrifft einen Feuerraum zur Verfeuerung von staubförmigem Brennstoff,
insbesondere von Braunkohle, mit wenigstens einem in einer Feuerraumwand
des Feuerraums ausmündenden
Brenner und einem in einer Feuerraumwand derart ausmündenden
Seitenwandluftkanal, dass die Seitenwandluft ins Innere des Feuerraums
ausgeblasen wird. Die Feuerraumwand kann sowohl eine Seitenwand
als auch eine Zwischenwand sein.
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Feuerräume zur
Verfeuerung von staubförmigem
Brennstoff, zum Beispiel von Braunkohle oder Steinkohle, sind hinreichend
bekannt. In der Literaturstelle VGB Kraftwerkstechnik, Heft 11/2000,
Seiten 39 bis 46 und Heft 12/2000, Seiten 65 bis 72, ist ein neues
Staubfeuerungskonzept für
niedrigste Emissionen beschrieben. Dabei wird versucht, die Verbrennung
zunächst
unterstöchiometrisch
ablaufen zu lassen und erst zu einem späteren Zeitpunkt durch Luftüberschuss
die Verbrennung abzuschließen,
wodurch eine langsame Verbrennung erzielt wird, um dadurch die NOx-Emission gering zu halten. Als nachteilig
hat sich jedoch bei anderen Feuerraumwänden herausgestellt, dass durch
die unterstöchiometrische
Verbrennung der im staubförmigen Brennstoff
enthaltene Schwefel, die Chlorverbindungen oder andere Bestandteile
hochkorrosive Verbindungen bilden, welche über das Rauchgas die Kesselwände angreifen.
Es wurde versucht, über
Seitenwandluftkanäle
Luft an die Feuerraumwände
heranzuführen,
so dass diese von einem Luftschleier gegen das aggressive Rauchgas
geschützt
sind. Es hat sich jedoch bei anderen Feuerraumwänden mit anderen Brenneranordnungen
gezeigt, dass viele Stellen der Feuerraumwand von dieser Seitenwandluft nicht
erreicht werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Feuerraum vorzuschlagen,
welcher besser gegen aggressive Rauchgase geschützt ist.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Feuerraum der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Ausblasrichtung der Seitenwandluft veränderbar ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Feuerraums kann die Seitenwandluft gezielt an diejenigen Stellen
herangeführt
werden, welche den aggressiven Rauchgasen ausgesetzt sind. Insbesondere
kann bei Drallbrenner- und bei Tangentialfeuerungssystemen, bei
welchen an einer Feuerraumwand zwei Brenner nebeneinander angeordnet
sind, die Seitenwandluft zwischen die Brenner geleitet werden, so
dass auch diese Stellen vor dem Rauchgas geschützt sind. Abhängig von
Feuerungszuständen
kann die Ausblasrichtung der Seitenwandluft auch während des
Brennvorganges verändert
werden, so dass der Schutz der Feuerraumwand den unterschiedlichen
Feuerungsbedingungen angepasst werden kann.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
der Seitenwandluftkanal an seiner Ausmündung einen runden oder rechteckförmigen,
insbesondere quadratischen, Öffnungsquerschnitt
auf. Ein runder Querschnitt hat den wesentlichen Vorteil, dass der
Seitenwandluft relativ einfach ein Drall aufgezwungen werden kann.
Der rechteckförmige
Querschnitt besitzt den wesentlichen Vorteil, dass die Seitenwandluft
relativ einfach von der Achse des Seitenwandluftkanals abgelenkt
werden kann, beziehungsweise dass die Seitenwandluft durch einen
relativ breiten Ausströmquerschnitt über eine
große
Länge der
Feuerraumwand ausgeblasen werden kann. Hierdurch sind große Flächen abdeckbar.
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Um
an sich ändernde
Feuerungszustände anpassbar
sein zu können,
ist der Seitenwandluftkanal zumindest im Bereich seiner Ausmündung drehbar
oder kippbar. Dies kann einmalig oder auch permanent während der
Feuerung über
einen Steuerungsprozess oder über
einen Regelprozess erfolgen, wobei für die Regelung zum Beispiel
entsprechende Sensoren in der benachbarten Feuerraumwand vorhanden
sind.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Seitenwandluftkanal
Luftführungseinbauten
aufweist. Diese Luftführungseinbauten,
die zum Beispiel von Luftleitblechen gebildet werden, dienen zur
gezielten Umlenkung der Luft, insbesondere bei der Ausströmung. Dabei
können die
Luftleitbleche die Querschnittsfläche des Seitenwandluftkanals
verändern,
insbesondere verkleinern, wodurch der Impuls der Luft erhöht wird,
indem deren Geschwindigkeit vergrößert wird. Außerdem kann
die Querschnittsform des Seitenwandluftkanals auf einfache Weise
geändert
werden.
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Die
Luftführungseinbauten
dienen dazu, die Seitenwandluft gezielt in Richtung auf die benachbarte
Feuerraumwand oder parallel zu dieser zu lenken. Auf diese Weise
wird zwischen der Feuerraumwand und den Rauchgasen ein schützender
Luftvorhang gebildet, wobei die Seitenwandluft zudem zur Oxidation
des Rauchgases beiträgt.
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Die
Luftführungseinbauten
dienen außerdem dazu,
die Seitenwandluft so abzulenken, dass sie zwar in der zur Feuerraumwand
parallelen Ebene strömt,
aber unter einem Winkel zur Längsachse
des Seitenwandluftkanals austritt, so dass zum Beispiel der Zwischenraum
zwischen zwei Brennern vor Rauchasen geschützt werden kann. Die ausströmende Seitenwandluft
besitzt dabei vorteilhaft eine nach oben gerichtete Geschwindigkeitskomponente.
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Um
eine strömungsstabilisierende
Wirkung zu erhalten, kann mittels den Luftführungseinbauten der Seitenwandluft
auch ein Drall aufgezwungen werden.
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Um
bei starren Seitenwandluftkanälen
dennoch eine Lenkung der Seitenwandluft zu erreichen, sind die Luftführungseinbauten
drehbar und/oder kippbar im Seitenwandluftkanal angeordnet. Es ist auch
denkbar, den Kanal zusätzlich
drehbar und/oder kippbar anzuordnen.
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Wie
bereits erwähnt,
kann über
die Luftführungseinbauten
der Querschnitt des Seitenwandluftkanals verändert werden, so dass durch
Impulserhöhung
eine gezielte Lenkung der Seitenwandluft möglich ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen
beschrieben ist. Dabei können
die in der Zeichnung dargestellten sowie in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für sich
oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
horizontalen Querschnitt durch einen Feuerraum gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
vergrößerte Wiedergabe
des Ausschnitts II gemäß 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Feuerraums mit erfindungsgemäßen Seitenwandluftkanälen;
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4 einen
Schnitt durch einen Seitenwandluftkanal mit Luftführungseinbauten;
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5 einen
horizontalen Querschnitt durch einen Feuerraum mit schräg in den
Feuerraum einmündenden
Seitenwandluftkanälen
gemäß einer
Variante der Erfindung;
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6 einen
horizontalen Querschnitt durch einen Feuerraum mit schräg in den
Feuerraum einmündenden
Seitenwandluftkanälen
gemäß einer
anderen Variante der Erfindung;
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7 einen
horizontalen Querschnitt durch einen Feuerraum mit schräg in den
Feuerraum einmündenden
Seitenwandluftkanälen
gemäß einer weiteren
Variante der Erfindung;
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8 eine
vergrößerte Wiedergabe
des Ausschnitts VIII der 7 gemäß einer ersten Ausführungsform;
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9 eine
vergrößerte Wiedergabe
des Ausschnitts VIII der 7 gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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10 eine
vergrößerte Wiedergabe
des Ausschnitts VIII der 7 gemäß einer dritten Ausführungsform;
und
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11 eine
vergrößerte Wiedergabe
des Ausschnitts VIII der 7 gemäß einer vierten Ausführungsform.
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In
der 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichneter
Feuerraum im Horizontalquerschnitt dargestellt, wobei der Feuerraum 10 vier
Feuerraumwände 12 bis 18 aufweist.
In den Feuerraumwänden 12 bis 18 sind
Brenner 20 angeordnet, über
welche staubförmiger
Brennstoff, zum Beispiel Steinkohle oder Braunkohle, und Luft eingeblasen
werden. Außerdem
sind in den Feuerraumwänden 12 bis 18 Seitenwandluftkanäle 22 vorgesehen,
mit denen Seitenwandluft 24 an die benachbarte Feuerraumwand
geblasen wird, was deutlich in 2 dargestellt
ist. Im Bereich des Luftkegels 25 der Seitenwandluft 24 befinden
sich in der benachbarten Feuerraumwand 16 (siehe 2) Messöffnungen 26 bis 30,
mit denen die Zusammensetzung des Gasgemisches im Bereich der Oberfläche der
Feuerraumwand 16 erfasst wird. Deutlich erkennbar ist auch,
dass die Strömungsrichtung
der Seitenwandluft 24 in Drallrichtung des im Feuerraum
vorherrschenden Dralls der Flamme liegt. Die Brenner 20,
die Ausmündungen
der Seitenwandluftkanäle 22 und
die Messöffnungen 26, 28 und 30 liegen
in einer insbesondere horizontalen Ebene.
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Die 3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welcher der Seitenwandluftkanal 22 beziehungsweise 22' außerhalb
der Ebene 32 liegt, in welcher die Brenner 20 angeordnet
sind. Außerdem
befinden sich die Messöffnungen 26 bis 30 außerhalb
der Ebene 32. Die dem Seitenwandluftkanal 22 entströmende Seitenwandluft 24 wird über Luftleitbleche 34 (siehe 4)
derart abgelenkt, dass sie entlang der, d.h. parallel zur Feuerraumwand 16 und nach
oben strömt.
Durch eine andere Anordnung des Seitenwandluftkanal 22 kann
auch eine Ausströmung der
Seitenwandluft 24 nach unten erreicht werden. Auf diese
Weise wird erreicht, dass die Seitenwandluft 24 den Seitenwandbereich 36 erreicht,
der zwischen den beiden Brennern 20 der Feuerraumwand 16 liegt.
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Die
Ausmündung
des Seitenwandluftkanals 22' ist
gegenüber
der Achse des Seitenwandluftkanals 22 geringfügig geneigt
beziehungsweise gekippt (was mit der gestrichelt dargestellten Achse 37 angedeutet
ist), so dass die diesem Seitenwandluftkanal 22' entströmende Seitenwandluft 24' zwar ebenfalls parallel
zur Feuerraumwand 16 aber zusätzlich nach oben oder unten
ausströmt.
Der Seitenwandluftkanal 22' kann
zusätzlich
mit einem Luftleitblech 34 versehen sein.
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Die 4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Seitenwandluftkanals 22, wobei der Bereich 38 einen
kreisförmigen
Querschnitt und der Bereich 40 einen rechteckförmigen Querschnitt
aufweist. Im dazwischen liegenden Bereich ändert der Querschnitt seine
Querschnittsform entsprechend von rund auf rechteckig. Dabei können die
Bereiche 38 und 40 gleiche Querschnittsflächen aufweisen,
wobei aber auch die Möglichkeit
besteht, dass der Bereich 40 eine geringere Querschnittsfläche besitzt
als der Querschnitt 38, so dass die entströmende Seitenwandluft
einen größeren Impuls
besitzt.
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Innerhalb
des Seitenwandluftkanals 22 befinden sich Luftführungseinbauten 42,
die zum Beispiel vom Luftleitblech 34 gebildet werden.
Dieses Luftleitblech 34 ist an einem Gelenk 44 schwenkbar gelagert,
so dass die Ausströmrichtung
der Seitenwandluft 24 gezielt verändert werden kann. Ferner besteht
die Möglichkeit,
durch Verschwenkung eines Luftleitbleches 46 um ein Gelenk 48 die
Fläche
des Ausströmquerschnitts
zu verändern.
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Insbesondere
bei Seitenwandluftkanälen 22 mit
kreisrundem Ausströmquerschnitt
besteht die Möglichkeit,
dass der gesamte Seitenwandluftkanal 22 in seiner Feuerraumwand
gedreht werden kann, wodurch die Ausströmrichtung der Seitenwandluft 24 wunschgemäß verändert wird.
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Die 5 zeigt
eine Variante, bei der die Seitenwandluftkanäle 22 unter einem
von 90° abweichenden
Winkel aus der Feuerraumwand 12 bis 18 ins Innere
des Feuerraums 10 ausmünden.
Die Strömungsrichtung
der Seitenwandluft 24 entspricht dann in etwa dem Feuerraumdrall 50.
Bei dieser Variante der Erfindung schützt die Seitenwandluft 24 die Feuerraumwand 12 bis 18,
aus der sie austritt. Bei der in der 6 gezeigten
Variante wird die benachbarte Feuerraumwand 14 bis 18 und 12 geschützt, da die
Seitenwandluftkanäle 22 im
Kantenbereich der Feuerraumwände 12 bis 18 austreten
und die Strömungsrichtung
der Seitenwandluft 24 geringfügig auf die benachbarte Feuerraumwand 14 bis 18 und 12 gerichtet
ist.
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Die 7 zeigt
eine Variante, bei der in der Feuerraumwand 12 zwei Brenner 20 angeordnet sind,
deren Ausströmrichtung
jedoch von der Orthogonalen zur Feuerraumwand 12 abweicht,
um den Feuerraumdrall 50 zu erzeugen. Bei dieser Variante sind
die Seitenwandluftkanäle 22 ebenfalls
schräg angeordnet,
wie z.B. in 5. Die 8 zeigt
die vergrößerte Wiedergabe
des Ausschnitts VIII der 7, in der deutlich die schräge Einmündung des Seitenwandluftkanals 22 in
den Feuerraum 10 erkennbar ist, so dass die Seitenwandluft 24 nicht
zentral in den Feuerraum 10 einströmt, sondern in Richtung der
Feuerraumwand 12 geneigt ist. Der Übergang vom Seitenwandluftkanal 22 in
die Feuerraumwand 12 wird von einer Kante 52 gebildet.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 9 ist der Übergang
mit einer Rundung 54 ausgeführt. Außerdem ist eine Saugleitung 56 dargestellt,
mit der Luft an der Innenoberfläche
der Feuerraumwand 12 abgesaugt und in Richtung 58 des
Seitenwandluftkanals 22 transportiert wird. Der Unterdruck
in der Saugleitung 56 wird durch geeignete Strömungsverhältnisse
im Seitenwandluftkanal 22 z.B. nach dem Venturiprinzip
erzeugt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 10 ist der Übergang
ebenfalls mit einer Rundung 54 ausgeführt, jedoch befinden sich gegenüber der
Rundung 54 Einbauten 60, die die Feuerraumwand 12 geringfügig in den
Seitenwandluftkanal 22 hinein fortsetzen. Hierdurch wird
eine Umlenkung der Seitenwandluft 24 in Richtung auf die
Feuerraumwand 12 bereits innerhalb des Seitenwandluftkanals 22 erreicht,
was zur Folge hat, dass sich die Seitenwandluft 24 noch
besser an die Innenseite der Feuerraumwand 12 anschmiegt.
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Schließlich zeigt
die 11 eine Variante, bei der im Bereich der Ausmündung des
Seitenwandluftkanals 22 an der Innenseite der Feuerraumwand 12 ein
Vorbau 62 vorgesehen ist. Dieser Vorbau 62 verlängert zum
einen die Wand des Seitenwandluftkanals 22, zum anderen
werden die anströmenden Rauchgase
vom Einmündungsbereich
abgelenkt.
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Bei
den in den 5 bis 11 gezeigten Varianten
kann der Seitenwandluftkanal 22 mit oder ohne Luftführungseinbauten 42 ausgestattet
sein.
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Beim
erfindungsgemäßen Feuerraum 10 wird
durch gezielte Anströmung
der Feuerraumwand 12 bis 18 mit Seitenwandluft 24 eine
vorzeitige Korrosion der wasser- oder dampfführenden Rohre vermieden. Je
nach Zustand der Feuerung wird die Seitenwandluft 24 zum
Beispiel abhängig
von den in den Messöffnungen 26 bis 30 liegenden
Sensoren gezielt auf die zu schützenden
Bereiche der betreffenden Feuerraumwand gelenkt. Dies kann bevorzugt
mittels einer Regelung erfolgen.