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Wirbelschichtfeuerung zur mehrstufigen Verbrennung feinkörnigen Brennstoffs
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung zur mehrstufigen Verbrennung feinkörnigen
Brennstoffs in einem oberhalb der Wirbelschicht im Wege der aufwärts strömenden
Rauchgase verengten Feuerraum mit einem sich daran nach oben anschließenden und
sich wieder erweiternden Diffusor als Nachverbrennungsraum, wobei vor der Feuerraumverengung
Düsengruppen zum Einblasen von Zweitluft unter gegebenenfalls veränderbarem Zusatz
von Rauchgasen tangential an einen gedachten Kreis und senkrecht zur Richtung der
Rauchgasströmung angeordnet sind.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zur Verfeuerung stückiger Brennstoffe
ist zwecks Abscheidung von Brennstoff- und Flugascheteilchen der obere, zweckmäßig
zylindrisch gestaltete Teil des Feuerraumes mittels einer Decke bis auf eine kreisrunde
Öffnung für den Übertritt der Verbrennungsgase in den nachgeschalteten Wärmeabgaberaum
überdeckt. In diesem Teil des Feuerraumes werden die Verbrennungsgase durch Einblasen
weiterer Luft in wirbelnde Bewegung versetzt. Zweckmäßig kann der Rand dieser Öffnung
zu einem zylindrischen Stutzen nach unten gezogen werden. Durch diese Vorrichtungen
soll in dem oberen Teil des Feuerraumes eine Zyklonwirkung entstehen, die eine gute
Abscheidung von Brennstoff-Flugascheteilchen zur Folge hat.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Verfeuerung fester und
stückiger Brennstoffe ist der Feuerraum ebenfalls in zwei Teile geteilt, wobei im
oberen Teil des Feuerraumes Düsen zum Einblasen von Heißluft sowie ein teilweise
in den Feuerraum hineinragender verengter und oberhalb des Feuerraumes sich wieder
erweiternder Auslaß angeordnet ist. Auch diese Anordnung dient dazu, mitgerissene
Asche- und Schlackenteile wieder in den unteren Feuerraum zurückzuführen. Gemäß
einem weiteren bekannten Vorschlag soll an dem Gasübergang zwischen dem unteren
und dem oberen Feuerraum ein Verdrängungskörper angeordnet sein. Dieser Verdrängungskörper
soll sich von einer Zwischenstelle aus, an der er den größten Durchmesser hat, sowohl
nach oben wie auch nach unten zu verjüngen. Hierdurch sollen die Reibungswiderstände
der Verbrennungsgase bei ihrem Übergang von dem unteren in den oberen Feuerraum
verringert werden, wobei in dem oberen Feuerraum tote Räume mit unerwünschten Wirbelbildungen
vermieden werden.
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Es ist ferner auch bekannt, bei einer sogenannten Schwebefeuerung
den Feuerraum oberhalb des Rostes in drei Zonen aufzuteilen, wobei in einen oberhalb
des Rostes gelegenen mittleren Brennraum der Brennstoff zusammen mit der Flugasche
eingeführt wird, während in die obere Zone Zweitluft senkrecht zur Richtung der
Rauchgasströmung eingeblasen werden soll.
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Mit den genannten bekannten Vorrichtungen werden jedoch bei Wirbelschichtfeuerungen,
bei denen der Austrag an Brennstoffteilchen in den Nachverbrennungsraum wesentlich
größer ist als bei den sonst bekannten Feuerungen, nur ungenügende Ergebnisse hinsichtlich
einer vollständigen Nachverbrennung der mit den Abgasen mitgerissenen Feststoffbestandteile
erzielt.
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Diese Nachteile können bei Wirbelschichtfeuerungen zur mehrstufigen
Verbrennung von feinkörnigen Brennstoffen in einem oberhalb der Wirbelschicht im
Wege der aufwärts strömenden Rauchgase verengten Feuerraum mit einem sich daran
nach oben anschließenden und sich wieder erweiternden Diffusor als Nachverbrennungsraum,
wobei vor der Feuerraumverengung Düsengruppen zum Einblasen von Zweitluft unter
gegebenenfalls veränderbarem Zusatz von Rauchgasen tangential an einen gedachten
Kreis und senkrecht zur Richtung der Rauchgasströmung angeordnet sind, dadurch vermieden
werden, daß man innerhalb der Feuerraumverengung weitere Düsengruppen zum Einblasen
von Zweitluft unter gegebenenfalls veränderbarem Zusatz von Rauchgasen tangential
an einen gedachten Kreis und senkrecht zur Richtung der Rauchgasströmung anordnet
und zusätzlich zu diesen Düsengruppen weitere Düsengruppen zum Einblasen von Zweitluft
in Richtung der Rauchgasströmung anordnet.
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Daß durch eine solche Anordnung eine praktisch vollständige Verbrennung
der in den Nachverbrennungsraum
ausgetragenen Feststoffteilchen
erzielt wird, war nicht zu erwarten gewesen. Es war vielmehr damit zu rechnen, daß
durch das zusätzliche Einblasen von Zweitluft parallel zur Strömungsrichtung der
Rauchgase die Verweilzeit der Brennstoffteilchen im Nachverbrennungsraum wegen der
damit verbundenen Erteilung eines in gleicher Richtung wirkenden zusätzlichen Impulses
erheblich herabgesetzt würde und dadurch gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine
unvollständigere Nachverbrennung erzielt werden würde.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach
der Erfindung dar. Es zeigt Fig. 1 eine Feuerung für mehrstufige Verbrennung mit
als Tauchrohr des Vorverbrennungsraums verwendetem, die Verengungsstrecke bestimmenden
Zwischenstück, das zwischen Vor- und Nachverbrennungsraum eingeschaltet ist, Fig.
2 das Querschnittsbild der Einrichtung nach Fig. 1.
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In dem Feuerraum 1 von z. B. quadratischem oder rundem Querschnitt
wird durch den Rost 2 Luft oder bei kleiner Belastung der Feuerungsanlage ein Rauchgas-Luft-Gemisch
aus dem Luftkasten 3 eingeblasen, das den feinkörnigen Brennstoff in der Wirbelschicht
4 in Schwebe hält. Mit dem Feuerraum 1 steht der Diffusor 5 über die von dem Zwischenstück
6 gebildete Verengungsstrecke 6a in Verbindung, der der über ihre ganze Länge gleichbleibende
Querschnitt 7 zugrunde liegt. Derselbe ist beispielsweise auf die Hälfte des Feuerraumdurchmessers
vermindert. Das Zwischenstück senkt sich in den Feuerraum hinein als niederstoßender
Kragen und als Tauchrohr ab, das mit dem Feuerraummantel8 den gegen die Wirbelschicht
offenen Ringraum 9 bildet und unterhalb der Ebene abschneidet, die von den am weitesten
unten in. den Ringraum einführenden Strahlen mehrerer übereinanderliegender Düsenkränze
abschließt. Die Achsen dieser im Feuerraummantel eingesetzten Strahldüsen 10, die
in der Mehrzahl am Mantelumfang vorgesehen sind, tangieren an die gedachten Kreise
11 zwischen Feuerraummantel 1 und Tauchrohr 6. Die Wandung des letzteren besteht
aus hitzebeständigem Werkstoff oder aus ganz oder teilweise wassergekühlten Bauelementen
mit dem mit 12, 13 bezeichneten Zu- und Ablauf der Kühlflüssigkeit. In den
Mantel des Tauchrohres, vorzugsweise in Höhe seines übergangs in den Diffusor 5,
sind als zweite Düsengruppe die an den Kreis 14 tangierenden Düsen 15 eingesetzt.
Eine dritte Düsengruppe ist der Eintrittsöffnung des in den Feuerraum eintauchenden
Zwischenstücks 6 vorgelagert. Die Düsen 16 dieser Gruppe werden auf dem Wege über
die Leitungsrohre 17 gespeist, die als hitzebeständige Rohre ohne Kühlung oder als
wassergekühlte Rohre durch den Feuerraum 1 hindurchgeführt sind und den Feuerraummantel
8 durchstoßen.
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Für die erste in den Ringraum 9 einstrahlende Düsengruppe 10 wird
als Wirbelmedium eine Mischung aus Luft und Rauchgas verwendet. Je nach Belastung
der Feuerungsanlage schwankt die Zusammensetzung dieser Mischung in weiten Grenzen
von 100% Luft bei höchster Belastung bis zu beliebig hohen Rauchgasanteilen bei
schwacher und schwächster Belastung. Es ist dabei eine Einrichtung vorgesehen, mit
der sich alle notwendigen Zwischenstufen einstellen lassen. Die Zuführung von Luft
und Rauchgas kann sowohl nach vorheriger Mischung und sich anschließendem Einblasen
durch alle Düsen 10, 15
der ersten und zweiten Düsengruppe als auch ohne Vormischung
in der Weise erfolgen, daß getrennte Düsen mit gerader Ordnungszahl Luft und mit
ungerader Zahl Rauchgas abstrahlen.
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Die aus der Wirbelschicht ausgetragenen Feststoffbestandteile werden
von dem durch die erste Düsengruppe 10 im Ringraum 9 erzeugten Querwirbel erfaßt.
Was dabei nicht in die Wirbelschicht 4 zurückfällt oder nicht durch eine - nicht
gezeichnete - im Feuerraummantel 8 vorgesehene Austragöffnung zur Wiederverwendung
ausgeschleudert wird, unterliegt der Verbrennung in der sich bildenden ringförmigen
Sekundärflamme, so daß nunmehr kleinere Anteile der emporgetragenen Feststoffbestandteile
und dabei nur solche kleineren Durchmessers den Weg in die Verbrennungsstrecke 6a
gehen können. In derselben erfolgt deren restloser Ausbrand durch die der Verengung
über die Düsengruppen 16 oder 15 zugeführten Zweitluft.