DE1083969B

DE1083969B - Steam boiler system for the optional combustion of fuel gas or fuel dust or oil

Info

Publication number: DE1083969B
Application number: DEW20326A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Olivier Swietochowski; Dipl-Ing Erwin Wahl
Original assignee: Walther and Co AG
Current assignee: Walther and Co AG
Priority date: 1956-12-24
Filing date: 1956-12-24
Publication date: 1960-06-23

Description

Dampfkesselanlage zur wahlweisen Verfeuerung von Brenngas oder Brennstaub bzw. 01 Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkesselanlage, die in der Lage sein soll, ein in wechselnder Menge anfallendes Brenngas, insbesondere Schwachgas, jederzeit abzunehmen bei praktisch gleichbleibender Überhitzer- und Abgastemperatur unter AnpassVg der Kesselleistung an den Dampfbedarf durch entsprechende Zugabe von Brennstaub oder 01, wobei die maximale Kesselleistung auch von jeder Brennstoffart allein erreicht werden muß.Steam boiler system for the optional firing of fuel gas or fuel dust or 01 The invention relates to a steam boiler system which should be able to take off a fuel gas that occurs in changing quantities, in particular lean gas, at any time with a practically constant superheater and exhaust gas temperature while adapting the boiler output the steam requirement through the appropriate addition of fuel dust or oil, whereby the maximum boiler output must also be achieved by each type of fuel alone.

Es sind kombinierte Brennstaub-Gas-Feuerungen für Strahlungsdampferzeuger bekannt, bei denen mehrere übereinanderliegende Brennerdüsen abwechselnd für Staub und Gas vorgesehen sind. Wegen der verschiedenen Einblasegeschwindigkeiten für Staub und Gas ergeben sich Schwierigkeiten bei der Verbrennung, auch sind die jeweils nicht in Betrieb befindlichen Brennerdüsen der Wärmestrahlung aus dem Verbrennungsraum ausgesetzt. Man hat deshalb die Gasbrenner in größerem Abstand ober- und unterhalb der Staubbrenner, die vorzugsweise als Eckenbrenner ausgebildet sind, angeordnet und zusätzlich eine Kühlung der nicht in Betrieb befindlichen Gasbrenner durch abgekühlte Rauchgase vorgenommen. Hierdurch soll bei einwandfreiem Verbrennungsvorgang eine praktisch gleichbleibende Heißdampftemperatur dadurch erreicht werden, daß sich die Flammenteile erst am Ende des Feuerraumes vermischen und daß durch die Zuführung abgekühlter Rauchgase die Abstrahlung der Staubflamme und der damit verbundene Temperaturabfall am überhitzer bei Staubbetrieb verringert wird.They are combined fuel-dust-gas furnaces for radiant steam generators known, in which several superposed burner nozzles alternate for dust and gas are provided. Because of the different blowing speeds for dust and gas there are difficulties in combustion, too, are each burner nozzles that are not in operation of the heat radiation from the combustion chamber exposed. The gas burners are therefore at a greater distance above and below the dust burners, which are preferably designed as corner burners, are arranged and additionally a cooling of the not in operation gas burners by cooled ones Flue gases made. As a result, if the combustion process is flawless, a practically constant superheated steam temperature can be achieved that mix the flame parts only at the end of the furnace and that through the feed cooled smoke gases the emission of the dust flame and the associated drop in temperature at the superheater is reduced in dust operation.

Eine derartige Anordnung ergibt jedoch einen komplizierten Regelbetrieb und eine vielteilige Regelapparatur. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß an einem gemeinsamen Strahlungsraum mehrere mit Heizflächen ausgestattete Brennkammern angeschlossen sind, die durch einen Durchlaß frei lassende Rohrwände von dem gemeinsamen Strahlungsraum getrennt sind, und daß die Brennkammern und der untere Teil des Strahlungsraurnes mit Gasbrennern, während nur ein Teil der Brennkammern mit Staub- oder Ölbrennern ausgestattet sind.However, such an arrangement results in a complicated control operation and a multi-part control apparatus. According to the invention, these disadvantages are thereby eliminated remedied that in a common radiant room several equipped with heating surfaces Combustion chambers are connected, the tube walls leaving free through a passage are separated from the common radiation space, and that the combustion chambers and the lower part of the radiation chamber with gas burners, while only part of the combustion chambers are equipped with dust or oil burners.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal werden an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des gemeinsamen Strahlungsraumes je zwei mit Zwischenraum übereinander angeordnete Brennkammern vorgesehen, wobei die Staub- oder Ölbrenner an der Decke entweder der beiden unteren oder der beiden oberen Brennkammern angeordnet sind.According to a further feature of the invention common radiation space are provided two spaced combustion chambers arranged above one another on two opposite sides, the dust or oil burner, either of the two lower or the two upper combustion chambers are arranged on the ceiling.

Hierbei kann vorteilhaft der gemeinsame Strahlungsraum unten durch zwei Aschetrichter abgeschlossen und sein unterer Teil durch eine Trennwand geteilt sein. Zur Erzielung praktisch gleichbleibender Abgastemperatur werden gemäß einer weiteren Einzelheit der Erfindung hinter der an den gemeinsamen Strahlungsraum anschließenden überhitzerkammer zwei parallel geschaltete Berührungszüge mit ungleichen Querschnitten angeordnet, von denen der mit dem kleineren Querschnitt ausschließlich Speisewasservorwärmerheizflächen enthält.Here, the common radiation space can advantageously pass through at the bottom two ash funnels completed and its lower part divided by a partition be. To achieve a practically constant exhaust gas temperature, according to a further detail of the invention behind that adjoining the common radiation space Superheater chamber two parallel-connected cables with unequal cross-sections arranged, of which the one with the smaller cross-section exclusively feedwater preheater heating surfaces contains.

Es ist zwar bereits eine Kesselanlage mit wahlweiser Brenngas- bzw. Brennstaubbefeuerung bekannt, bei der zur Erzielang einer praktisch konstanten Ab- gastemperatur einzelne Teile eines Luftvorwärmers in Reihenparallelschaltung gruppiert werden, wodurch die in wechselnder Menge anfallenden Rauchgase bei etwa gleichem Durchflußwiderstand thermisch günstig ausgenutzt werden, jedoch ist die Umschaltung im Kesselbetrieb störend, und dieAufrechterhaltung einer praktisch gleichbleibenden Heißdampftemperatur wird hierdurch erschwert. Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß dadurch beheben, daß die Rauchgase sich hinter den Berührungszügen wieder vereinigen und von dort wahlweise einem Brenngas- bzw. Luftvorwärmer oder beiden gleichzeitig zugeführt werden. Ferner kann bei Anordnung eines Zwischenüberhitzers in dem Berührungszug mit dem größeren Querschnitt am unteren Ende eines der parallelen Berührungszüge ein Regelorgan vorgesehen sein.Although it is already a boiler system with optional fuel gas and pulverized fuel firing known to Erzielang a virtually constant exhaust gas temperature individual parts of an air preheater in series parallel circuit are grouped at the will be exploited thermally low thereby resulting in varying amounts flue gases at about the same flow resistance, however, switching over during boiler operation is disruptive, and this makes it difficult to maintain a practically constant superheated steam temperature. These disadvantages can be remedied according to the invention in that the flue gases reunite behind the contact lines and from there are optionally fed to a fuel gas or air preheater or both at the same time. Furthermore, when a reheater is arranged in the contact cable with the larger cross section, a control element can be provided at the lower end of one of the parallel contact cables.

Eine weitere Möglichkeit einer selbsttätigen Regelung der Heißdampftemperatur ist gemäß der Erfindung noch dadurch gegeben, daß das vorgewärmte Brenngas einen Oberflächenkühler durchströmt, in dem der Heißdampf einen Teil seiner Wärme in Ab- hängigkeit von der Durchflußmenge an das Brenngas abgibt.A further possibility of an automatic control of the superheated steam temperature is still given in accordance with the invention in that the preheated fuel gas passes through a surface condenser in which the steam dependence emits part of its heat in the absence of the flow rate of the fuel gas.

Zweckmäßig werden die * Gasbrenner bei größeren Kesselanlagen in zwei Gruppen von wesentlich verschiedener' Leistung unterteilt, wobei kleine Gasmengen der Brennergruppe.-mit kleiner Leistung zugeführt werden und die'se Brenner nahe den Staub-bzw. Ölbrennern angeordnet sind, so daß sich auch kleine Gasmengen sicher zünden und gemeinsam mit der Staubflamme thermisch.-äusnutzen lassen. Die Auf- teilung von Staubbrennern -in zwei Gruppen von verschiedener Leistung und -die Unterbringung der Brenner kleinerer Leistung in Kammern seitlich des Hauptbrennraumes ist zwar- bekannt, jedoch nur zum Zwecke des Betriebes' mit Teillast unter Aufrechterhaltung eines flüssigen Schlackenabzuges, nicht aber im Sinne der Erfindung, bei der es sich darum handelt, auch kleine Gasmengen zu verwerten und der wenig strahlenden Gasflamme entsprechende Wärmeübergangsflächen anzubieten. Suitably, the * are divided gas burner in larger boiler systems in two groups of substantially different 'performance, with small amounts of gas are the Brennergruppe.-fed with low-power and or dust-burners near the die'se. Oil burners are arranged so that even small amounts of gas can be safely ignited and thermally. -Unused together with the dust flame. The divide up dust burners -in two groups of different power and -the housing the burner smaller power in chambers laterally of the main combustion chamber is zwar- known, but only for the purpose of the operation 'with partial load, while maintaining a liquid slag trigger, but not in the sense of the invention, in which it is a matter of utilizing even small amounts of gas and of offering the less radiant gas flame corresponding heat transfer surfaces.

Gemäß Fig. 1 besteht der Feuerraum des Kessels aus den beiden Brennkammern 3, die nach oben hin eingezogen sind und in ein e-n-'g-emeinsamen Strahlungsraum 4 münden. Die Kohlenstaub- oder Ölbrenner 5 sind im AusführungsbeispJel als Deckenbrenner ausgebildet. Unter ihnen liegen Gasbrenner 6, die die Aufgabe haben, geringe anfallende Gasmengen, etwa bis zu 15 11/o der Gesamtmenge, aufzunehmen. Weitere Gasbrenner 7 münden -in seitliche Kammern 8, die durch unten aufgelockerte vertikale Rohrwände 9 vom Strahlungsraum 4 getrennt sind. An letzteren schließt sich der die beiden Überhitzerrohrsysteme 10, 11 aufnehmende Zug 12 an, der in bekannter Weise in einen die Berührungsheizflächen enthaltenden, absteigenden Zug mündet. Dieser Zug -ist gemäß der Erfindung derart in zwei parallele Züge 13, 14 unterteilt, daß die überwiegende Menge der Rauchgase, z. B. etwa 75 "/0, die nachgeschalteten Verdampfungsheizflächen 15 bis 18 bespült, während der geringere Teil, etwa 25 11/e, die Rohrsysteme 19 für die Speisewasservorwärmung bestreicht. Nach ihrer Vereinigung am unteren Ende der parallelen Berührungszüge 13, 14 können die Rauchgase wahlweise einen Gasvorwärmer 20 bzw. Luftvorwärmer 21 oder beide durchströmen, wobei die Teilströme durch Regelorgane 22, 23 einstellbar sind. Weiterhin liegt gemäß der Erfindung im Brenngasstrom ein Wärmetauscher 24, der als Heißdampfkühler dient und bei reiner Gasheizung automatisch die Übertemperatur des Heißdampfes herunterkühlt.According to FIG. 1 , the furnace of the boiler consists of the two combustion chambers 3, which are drawn in towards the top and open into a common radiation chamber 4. The pulverized coal or oil burners 5 are designed as ceiling burners in the exemplary embodiment. Among them are gas burners 6, which have the task of absorbing small amounts of gas that occur, approximately up to 15 11 / o of the total amount. Further gas burners 7 open into lateral chambers 8 which are separated from the radiation space 4 by vertical tube walls 9 loosened at the bottom. The latter is followed by the train 12 which accommodates the two superheater tube systems 10, 11 and which, in a known manner, opens into a descending train containing the contact heating surfaces. This train -is according to the invention so divided into two parallel trains 13, 14 that the majority of the smoke gases, z. B. about 75 "/ 0, the downstream Verdampfungsheizflächen 15 to 18, after their association at the lower end of the parallel contact wires 13 washes during the lower part, about 25 11 / e, sweeps the pipe systems 19 for the feedwater., 14, the flue gases can either a gas preheater 20 or air preheater 21 or both flow through, the partial flows being adjustable by regulating elements 22, 23. Furthermore, according to the invention, there is a heat exchanger 24 in the fuel gas flow, which serves as a superheated steam cooler and automatically cools down the excess temperature of the superheated steam with pure gas heating.

Die Kesselanlage gemäß. der Erfindung arbeitet in folgender Weise: Wird sie allein mit Kohlenstaub als Brennstoff gespeist, so erfolgt die Verbrennung gemäß Fig. 1 -hauptsächlich in den beiden unteren Brennkammern 3 und in dem Strahlungsrauni 4, während die seitlichen Gasbrennkammern 8 praktisch außer Betrieb sind. Am oberen Austritt des Strahlungsraumes 4 entsteht daher die zur Erreichung der Überhitzungstemperatur notwendige Rauchgastemperatur von z. B. 1050' C. The boiler system according to. The invention works in the following way: If it is fed solely with coal dust as fuel, the combustion according to FIG. 1 takes place mainly in the two lower combustion chambers 3 and in the radiation room 4, while the side gas combustion chambers 8 are practically out of order. At the upper exit of the radiation space 4, the smoke gas temperature of z. B. 1050 'C.

In den beiden nachgeschalteten Zügen 13, 14 nimmt die Rauchgastemperatur auf gleiche Werte, z. B. auf 3700 C, ab. Die Teilströme sind hierbei auf die entsprechende Wärmeübertragung abgestimmt. Die Rauchgase treten dann durch den Luftvorwärmer 21, während der Durchgang durch den Gasvorwärmer 20 abgestellt ist. Wird hingegen der Kessel ausschließlich mit Gas, z. B. Gichtgas, beheizt, so übernehmen die obenliegenden Gasbrenner 7 die überwiegende Menge des Brenngases, z. B. 70 "/o, und die unteren Brenner 6 die restliche Brenngasmenge von 3011/o. Es werden dadurch alle Räume 3, 4 und 8 beaufschlagt und damit den nur gering strahlenden Gasflammen die erforderliche Wärmeübergangsfläche angeboten, so daß am Eintritt in den Überhitzer 10 etwa die gleiche Temperatur herrscht wie bei reiner Staub- bzw. Ölfeuerung. Infolge der größeren Rauchgasmenge wird bei etwa gleicher Wärmeabgabe der Rauchgase an die Überhitzer 10 und 11 die Austrittstemperatur der Rauchgase beim Verlassen der Überhitzerkammer 12 höher lie-en als bei reiner Staubfeuerung. Es muß deshalb eine Zwischenkühlung des Heißdampfes erfolgen. Dies geschieht in dem außerhalb des Rauchgasstromes liegenden Wärmetauscher 24, in dem die Uberschußwärme des Heißdampfes auf das frisch zugeführte Brenngas übertragen wird. Damit steigt gleichzeitig die Verbrennungstemperatur des Brenngases im Feuerraum, und es wird eine bessere Wärmeübertragung im Strahlungsteil des Kessels erzielt.In the two downstream flues 13, 14, the flue gas temperature takes on the same values, e.g. B. to 3700 C, from. The partial flows are matched to the corresponding heat transfer. The flue gases then pass through the air preheater 21, while the passage through the gas preheater 20 is shut off. If, on the other hand, the boiler runs exclusively on gas, e.g. B. furnace gas, heated, the overhead gas burners 7 take over the majority of the fuel gas, z. B. 70 "/ o, and the lower burner 6 the remaining fuel gas quantity of 3011 / o. All rooms 3, 4 and 8 are thereby acted upon and the gas flames, which radiate only slightly, are offered the required heat transfer surface, so that at the entrance to the superheater 10 is about the same temperature as with pure dust or oil firing. As a result of the larger amount of flue gas, with approximately the same heat emission from the flue gases to the superheaters 10 and 11, the exit temperature of the flue gases when leaving the superheater chamber 12 is higher than with pure dust firing. The superheated steam must therefore be intercooled. This takes place in the heat exchanger 24 located outside the flue gas flow, in which the excess heat of the superheated steam is transferred to the freshly supplied fuel gas achieved in the radiation part of the boiler.

Die Verhältnisse bleiben etwa die gleichen, wenn die Kesselanlage teils mit Brenngas, teils mit Brennstaub oder Öl befeuert wird, so daß die Tätigkeit der Kesselwärter sich auf die Bedienung der Brenner und Regelorgane 22, 23 beschränkt.The situation remains roughly the same if the boiler system is fired partly with fuel gas, partly with fuel dust or oil , so that the activity of the boiler attendant is limited to operating the burners and control elements 22, 23 .

Die Brenneranordnung kann gemäß Fig. 2 auch derart getroffen werden, daß die Staub- bzw. Ölbrenner als Deckenbrenner 5 in die oberen Kammern 6 münden und auch die Gasbrenner 6 neben oder zwischen den Staubbrennern 5 liegen, während die Gasbrenner 7 am unteren Ende in die unteren Brennkammern 3 bzw. den Strahlungsraum 4 münden. Es werden bei reiner Staubfeuerung die unteren Brennkammern 3 nur wenig Strahlungswärme aufnehmen, während bei reiner Gasfeuerung die gesamte Strahlungsheizfläche der Räume 3, 4 und 8 beaufschlagt wird.The burner arrangement can also be made according to FIG. 2 such that the dust or oil burners open as ceiling burners 5 in the upper chambers 6 and the gas burners 6 are next to or between the dust burners 5 , while the gas burners 7 at the lower end in the lower combustion chambers 3 or the radiation space 4 open. With pure dust firing, the lower combustion chambers 3 will only absorb a little radiant heat, while with pure gas firing, the entire radiant heating surface of rooms 3, 4 and 8 is acted upon.

Soll die Kesselanlage neben dem Hauptüberhitzer noch mit einem Zwischenüberhitzer ausgerüstet werden, dessen Temperatur unabhängig regelbar ist, so wird der Zwischenüberhitzer zweckmäßig am oberen Teil des Berührungszuges 13 eingebaut und der Rauchgasteilstrom durch den Parallelzug 14 etwa mittels einer Klappe od. dgl. am unteren Ende des Zuges regelbar gemacht. Im übrigen entspricht die Bauart nach Fig. 2 derjenigen der Fig. 1. If the boiler system is to be equipped with an intermediate superheater in addition to the main superheater, the temperature of which can be controlled independently, the intermediate superheater is expediently installed on the upper part of the contact cable 13 and the partial flow of flue gas through the parallel cable 14, for example by means of a flap or the like, at the lower end of the Made adjustable. Otherwise, the design according to FIG. 2 corresponds to that of FIG. 1.

Die wahlweise Parallelschaltung des Gas- und Luftvorwärmers 20, 21 stellt ein bequemes Mittel dar, um den Kessel mit geringstmöglicher, praktisch konstanter Rauchgasaustrittstemperatur betreiben und die Durchflußwiderstände durch den Gas- und Luftvorwärmer bei jedem Betriebszustand annähernd gleichbalten zu können. Da bei reiner Gasfeuerung das Rauchgasvolumen beträchtlich größer ist als bei reiner Staubfeuerung, so wird im erstgenannten Falle der Gas-und Luftvorwärmer parallel geschaltet und die Ab- wärme gleichzeitig dem Brenngas und der dem Brenngas beizumischenden Verbrennungsluft zugeführt. Infolge der vergrößerten Wärmeübergangsfläche in beiden Vorwärmern kann auch eine gegebenenfalls auftretende höhere Rauchgastemperatur am Ende der Züge 13, 14 im Vergleich mit reiner Brennstaubfeuerung abgebaut werden. Wird nur Brennstaub verfeuert, so ist das Volumen der benötigten Verbrennungsluft wesentlich geringer, und da der Gasvorwärmer nicht im Betrieb ist, ergibt sich automatisch etwa der gleiche Durchflußwiderstand und Wärmeabbau im Lufterhitzer.The optional parallel connection of the gas and air preheater 20, 21 is a convenient means to operate the boiler with the lowest possible, practically constant flue gas outlet temperature and to be able to keep the flow resistances through the gas and air preheater approximately the same in every operating state. Since the flue gas volume is considerably larger with pure gas firing than with pure dust firing, in the first-mentioned case the gas and air preheater is connected in parallel and the waste heat is simultaneously fed to the fuel gas and the combustion air to be admixed with the fuel gas. As a result of the enlarged heat transfer surface in both preheaters, a possibly occurring higher flue gas temperature at the end of the flues 13, 14 can be reduced in comparison with pure pulverized fuel combustion. If only pulverized fuel is burned, the volume of combustion air required is significantly lower, and since the gas preheater is not in operation, approximately the same flow resistance and heat dissipation in the air heater automatically result.

Durch die Erfindung wird eine Kesselanlage geschaffen, die bei wahlweiser Befeuerung mit Brentgas und]oder Brennstaub bzw. Öl in jedem Falle eine günstige thermische Ausnutzung des Brennstoffes, eine einfache Regelung der Überhitzertemperatur und eine besonders einfache Bedienung ermöglicht.The invention creates a boiler system which, when optionally fired with brent gas and] or fuel dust or oil, enables favorable thermal utilization of the fuel, simple regulation of the superheater temperature and particularly simple operation.

Claims

PA.TENTANSPRÜCHE: 1. Steam boiler system for the optional firing of fuel gas and / or fuel dust or 01, characterized in that several combustion chambers (3, 8) equipped with heating surfaces are connected to a common radiation space (4), which are connected by pipe walls (9) with Gas passage openings are separated from the common radiation space (4), and that the combustion chambers (3, 8) and the lower part of the radiation space (4) with gas burners (6, 7), but only some of the combustion chambers with dust or oil burners (5 ) are equipped.

2. Boiler plant according to claim 1, characterized in that on two opposite sides of the common radiation chamber (4) each have two mutually spaced arranged combustion chambers (3, 8) connected and the dust or oil burner (5) to the ceiling, either of the two lower or the two upper combustion chambers (3, 8) are arranged. 3. Steam boiler system according to claim 1 or 1 and 2, characterized in that the gas burners (6) arranged together with the dust or oil burners (5) in the combustion chamber (3) are located near the dust or oil burners (5) and for are designed to have a significantly lower output than the other gas burners (Fig. 2). 4. Steam boiler system according to claim 2, characterized in that the common radiation space (4) closed at the bottom by two ash funnels and its lower part is divided by a partition above the ash funnel. 5. Steam boiler system according to one of claims 1 to 4, characterized in that behind the superheater chamber (12) connected to the common radiation space (4), two parallel contact cables (13, 14) with unequal cross-sections are arranged, of which the one with your smaller one Cross-section (14) contains only feedwater preheater heating surfaces. 6. Steam boiler system according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the flue gases reunite behind the touch cables (13, 14) and from there optionally flow through a fuel gas or air preheater (20, 21) or both at the same time. 7. Steam boiler system according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that when accommodating a reheater in the contact cable (13) with a larger cross-section at the lower end of one of the contact cables (13, 14), a control member is provided. 8. Steam boiler system according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that a heat exchanger (24) which serves as a superheated steam cooler is arranged behind the gas preheater (20) through which flue gases flow. Considered publications: German patent application D7305Ia / 241 (announced night on May 15, 1952).