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Vorrichtung zum Schutz von Kesselanlagen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Schutz von Kesselanlagen, bei der eine oder mehrere, im
oberen Teil mindestens einer Kesselwandung vorgesehene Explosionsöffnungen jeweils
mittels zweier zueinander paralleler Gitter abgedeckt werden, zwischen die ein körniges,
unbrennbares Material eingeführt ist, das als Abdichtung der Öffnung oder Öffnungen
dient.
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Für kleinere oder mittlere Kesselanlagen werden bereits Explosionsklappen
verwendet, deren Oberfläche im allgemeinen nicht größer als 1 m2 zu sein braucht.
Diese Klappen sind beispielsweise Blenden oder Abschirmungen von einem bestimmten
Gewicht, die über einer Öffnung liegen und diese derart abdichten, daß die Innenfläche
einem Druck ausgesetzt wird, der nicht genügt, um durch Heben oder Kippen eine Öffnung
zu schaffen, die die Masse des Mediums durchlassen würde, das die Ursache des kritischen
Überdrucks bildet. Dabei soll erreicht werden, daß die zurückfallende Klappe die
Öffnung wieder verschließt, ohne daß unmittelbar von Hand nachgeholfen werden muß.
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Bei sehr großen Kesselanlagen, beispielsweise in Elektrizitätswerken,
erreicht oder aber überschreitet das Volumen des Feuerrraumes oder Flammraumes mehrere
.tausend Kubikmeter. Werden bei diesen Anlagen Schäden der rohrförmigen Oberfläche
nicht bemerkt, so können schwere Unfälle und kostenverursachende Schäden entstehen,
falls plötzlich Explosionen auftreten, die durch aus irgendeinem beliebigen Grunde
bewirkte, zufällige Zündung eines explosiblen Gemisches im ganzen Feuerraum oder
einem Teil des Feuerraumes oder in den Rauchgaskanälen verursacht sein können. Dabei
entstehen dann solche Drücke, Temperaturen und Gasvolumina, daß die Verwendung von
Explosionsklappen der oben beschriebenen Art auf Schwierigkeiten stößt, insbesondere
weil sie zu groß und schwer ausfallen und weil den Kesseln im Feuerraum von außen
Druckluft zugeführt wird oder aber Gleichgewichtsbedingungen herrschen, bei denen
sowohl Gebläseluft zugeführt als auch Rauchgas abgesaugt wird. Bis jetzt begnügte
man sich bei großen Kesselanlagen damit, komplizierte und kostspielige Regelungs-
und Steuermittel zu verwenden, die nicht völlig zufriedenstellend arbeiten.
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Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde: Es soll der
Ablauf der Vorgänge mit Rücksicht auf den erforderlichen Unfallschutz so geleitet
werden, daß nach Durchgang der explosiblen entspannten oder ausgedehnten Gasmasse
der laufende Betrieb der Kesselanlage nur so lange unterbrochen wird, wie nötig
ist, um die Gaskanäle durchzuspülen, wie dies nach einer Fehlzündung üblich ist.
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Zu diesem Zweck geht die Erfindung von einer Vorrichtung der eingangs
genannten Art aus, obgleich diese nur in einer Ausführung bekannt ist, bei der der
Betrieb der Kesselanlage unterbrochen werden muß, um nach einmaligem Durchschlagen
der Schutzanlage diese wiederherzustellen. Bei der bekannten Schutzvorrichtung ist
nämlich eine Explosionswand vorgesehen, die mit zwei zueinander parallelen Gittern
einen Schacht oberhalb der Explosionsöffnung bildet und das körnige, unbrennbare
Material, z. B. Flugasche, zwischen sich aufnimmt, wobei außerdem die äußeren Gitterfelder
mittels Platten abgedeckt sind. Bei Auftreten eines explosionsartigen überdrucks
werden entweder diese Platten durch die Gitterfelder nach außen geblasen oder wird
sogar der ganze äußere Gitterrahmen mitgenommen. Dabei fällt die Schutzschicht aus
dem körnigen, unbrennbaren Material ins Freie. Sie kann auch nicht durch an sich
oberhalb des Hohlraumes zwischen den parallelen Gitterfeldern vorgesehene Füllrohre
nachgefüllt werden, solange der Kessel in Betrieb und die zerstörte Abdichtung nicht
wiederhergestellt ist, weil das nachgefüllte körnige Material dann gleichfalls aus
dem
Abdichtschacht heraus durch die zerstörten Stellen hindurch ins Freie strömen würde.
Andererseits können die zerstörten Gitterfelder und Abdichteinrichtungen wegen Gefährdung
der Arbeiter nicht ohne Abstellen des Kessels wiederhergestellt werden.
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Die Erfindung schafft hier nun dadurch Abhilfe, daß jedes der Gitter
aus in gleichem Abstand voneinander befindlichen geneigten Plättchen oder Schrägflächen
besteht, wobei die gedachten Verlängerungen der Plättchen der beiden Gitter sich
im Inneren des körnigen Materials schneiden, und daß ein einen Vorrat aus dem körnigen
Material enthaltender Speisetrichter an der Außenseite des Kessels angebracht ist
und mit dem oberen Teil des zwischen den Gittern befindlichen Hohlraumes derart
in Verbindung steht, daß eine Menge des körnigen Materials, die der bei einem explosionsartigen
Vorgang nach außen geschleuderten Menge entspricht, lediglich durch ihr Gewicht
den Hohlraum wieder auffüllt und die isolierende Schutzschicht aus körnigem Material
konstant aufrechterhalten wird.
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Insbesondere durch die erstgenannte Gitterausbildung wird erreicht,
daß das körnige Füllmaterial sich zwischen den Gitterplättchen und zwischen den
beiden parallelen Gitterwänden festsetzt und nicht in die abzudichtende Kesselöffnung
einströmt. Bei einem explosionsartigen Vorgang wird aber nicht das Gitter zerstört,
sondern nur das körnige Füllmaterial zwischen den Plättchen nach außen getrieben.
Ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung noch eine dünne, zusätzlich abdichtende
äußere Umhüllung außerhalb der Gitterfelder vorgesehen, so kann diese bei dem explosionsartigen
Vorgang zerstört werden. Das im Fülltrichter auf Vorrat gehaltene körnige Material
kann aber ungehindert in den Hohlraum zwischen den beiden parallelen Gittern wieder
einströmen und eine zunächst genügende Abdichtung sofort wiederherstellen. Die etwa
vorhanden gewesene und zerstörte äußere Umkleidung kann dann ohne Gefährdung der
Arbeiter und ohne Abstellen des Kessels wiederhergestellt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das innere
Gitter oder ein Teil dieses Gitters aus waagerecht verlaufenden Kesselrohren bestehen.
Es empfiehlt sich, das Gitter aus feuerfestem Material herzustellen, damit es gegenüber
der Ausstrahlung des Feuerraumes beständig ist.
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Der Abfuhrkanal ist am Rand der Gitter mit den Wandungen verbunden.
Vorzugsweise sind in einem gewissen Abstand von der Wandung in dem Kanal Klappen
angebracht, die zur Ablenkung des Gasstrahles dienen, der sich in dem Kessel senkrecht
zur Ebene der Wandung ausdehnt.
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Zwischen der Anschlußstelle des Abfuhrkanals und dem äußeren Gitter
ist eine leicht zerstörbare Hülle aus dünnem und leichtem Metallblech befestigt,
die leicht ersetzbar ist und infolge eines auf sie einwirkenden überdruckes zerreißt.
Diese zerstörbare Hülle ist vorzugsweise in einem Rahmen angebracht, der leicht
abnehmbar ist, beispielsweise, indem er um 90° mittels eines oder mehrerer Hebel
geschwenkt wird.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung
dar. Es zeigt Fig. 1 einen lotrecht geführten Schnitt durch die Schutzvorrichtung,
Fig.2 eine Ansicht auf den Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine vereinfachte
raumbildliche Ansicht eines Kessels, dessen Vorderwand gemäß der Erfindung ausgerüstet
ist, und Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsform der Abschirmschicht aus körnigem
Material.
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In der Öffnung 1 einer lotrechten oberen Wand 2 einer Brennkammer
3 sind Rohre 4, 5 angeordnet, welche eine Abschirmung gegenüber der Wärmestrahlung
bilden und aneinander anliegen oder getrennt voneinander verlaufen und die vor der
Öffnung 1 derart gegeneinander versetzt sind, daß sie einen Durchgang für die explosiblen
Gase frei lassen. Nach der Erfindung sind in der Öffnung 1 innerhalb der Wand 2
zwei lotrechte, parallel verlaufende Gitter 6, 7 mit geneigten, parallelen, einander
gegenüberliegenden jalousieartigen Schrägflächen 6', 7' angebracht. Der Zwischenraum
zwischen den beiden Gittern steht oben mit einem mit Sand 9 gefüllten Trichter 8
in Verbindung; infolge seines Gewichtes fällt der Sand zwischen die beiden Gitter,
wo er eine explosionshemmende Abschirmung 10 bildet und von den Schrägflächen 6',
7' gehalten wird. Entlang der äußeren Oberfläche des äußeren Gitters 7 ist ein Rahmen
11 angeordnet, der eine leicht zerstörbare Metallhülle 12 trägt, die so bemessen
ist, daß sie einen begrenzten Druck aufnehmen kann. Diese Blechumkleidung wiederum
ist in einem Rahmen 13 befestigt. Am Rand der Öffnung 1 und der Rahmen 11 und 12
ist an der Wand 2 ein Abfuhrschacht 14 angebracht, in dem Führungsplatten oder -klappen
15 angeordnet sind und der in seinem unteren Teil einen kleinen Trichter 16 für
die Abfuhr des Sandes 9 enthält.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Ist die Sandschicht 9 eingefüllt
und entsteht in dem Feuerraum 3 ein kritischer Überdruck, so erlaubt es die poröse
Granulatschicht 9, daß die unvermittelt eintretende Druckwirkung auf die leicht
zerstörbare Hülle 12 übertragen wird und diese Hülle auseinandersprengt, wonach
das frei werdende Gas infolge seiner Expansion die Schicht 9 aus körnigem
Material durchdringt und ohne Widerstand in den Schacht 14 entweicht.
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Sobald die Überdruckwelle durchgegangen ist, bildet sich die Schicht
aus körnigem Material 9 sofort von neuem, da der zu diesem Zwecke in dem Trichter
8 vorgesehene Vorrat dazu ausreicht und eine provisorische Abdichtung für
die Zünd- und Verbrennungsvorgänge schafft, die der Verbrennungsunterbrechung folgen
sollen. Die Bedienungspersonen haben dann Gelegenheit, hinter der Abschirmung neue,
leicht zerstörbare Hüllen 12, 13 anzubringen, für die leicht und schnell anzubringende
Befestigungsmittel vorgesehen sind.
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Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 4 ist das innere Gitter
6 auf einem Teil des Querschnittes der Öffnung 1 durch Kesselrohre 17 ersetzt, die
mit Rippen 18 ausgerüstet sind, die im wesentlichen symmetrisch zu den Klappen oder
Plättchen des äußeren Gitters verlaufen und eine Abstützung für die körnige Masse
auf der Seite des Feuerraumes bilden.
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Die Abmessungen der Schutzschichten bestimmen sich nach der Leistung
der Kessel, dem Querschnitt des Feuerraumes, der Art des Brennstoffes usw. Allgemein
kann gesagt werden, daß der Querschnitt des Explosionssicherheitsverschlusses nach
der Erfindung etwa zwischen ein Fünftel und drei Achtel des Querschn,
ittes
des Feuerraumes bei Brennkammern mit praktisch gegen die Luftzufuhr ausgeglichenen
Absaugbedingungen betragen kann, während er für Brennkammern, die unter einem mäßigen
Druck stehen, zwischen etwa ein Achtel und ein Viertel liegt. Die Dicke der Körnerschicht
ist so festgelegt, daß sich, falls eine leicht zerstörbare Hülle vorhanden ist,
die aus Schutzschicht und Hülle bestehende Einheit unter der Wirkung sich ausdehnender
Gase, die einen kritischen Überdruck hervorbringen, öffnet.