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Anlage für den Teillastbetrieb von Schmelzfeuerungen mit Vorwärmung
der Verbrennungsluft durch Rauchgase der Hauptfeuerung und zusätzlicher Vorwärmung
durch Rauchgase einer Zusatzfeuerung Die Erfindung betrifft eine Anlage für den
Teillastbetrieb von Schmelzfeuerungen und Vorwärmung der Verbrennungsluft in einem
Luftvorwärmer durch Rauchgase der Hauptfeuerung und zusätzlicher Vorwärmung der
Verbrennungsluft durch Rauchgase einer Zusatzfeuerung.
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Größere Feuerungsanlagen arbeiten meist mit Vorwärmung der Verbrennungsluft.
In den meisten Fällen erfolgt diese Vorwärmung durch Abgase der Feuerungsanlage.
Die Temperatur der vorgewärmten Luft wird dadurch abhängig von der lastabhängigen
Rauchgastemperatur vor dem Luftvorwärmer. Die Luftvorwärmtemperatur beeinflußt wiederum
die Feuerung und damit die Rauchgastemperaturen. Im ganzen resultiert hieraus ein
bestimmtes Verhalten der Feuerung bei veränderlicher Feuerungsleistung, woraus eine
starke Lastabhängigkeit der Frischdampftemperatur sowie der Feuerraumaustrittstemperatur
der Rauchgase folgt. Bei einer Feuerung mit flüssigem Schlackenabzug stockt der
Schlackenfluß von einer gewissen Teillast bzw. Schmelzraumaustrittstemperatur der
Rauchgase an unzulässig, d. h., der Schmelzraum »friert ein« (Einfriertemperatur).
Es ist daher erstrebenswert, die Schmelzraumaustrittstemperatur der Rauchgase bei
Teillast, welche Temperatur sich unter anderem aus dem Teillastverhalten des Luftvorwärmers
ergibt, über die aus diesem Verhalten des Luftvorwärmers resultierenden Schmelzraumaustrittstemperaturwerte
zu steigern. Grundsätzlich ist dies durch zusätzliche Vorwärmung der Verbrennungsluft
möglich.
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Es ist bekannt (vierter Absatz der Beschreibung des deutschen Patents
1074 805), bei einer Feuerungsanlage in die Ansaugleitung eines Frischluftgebläses
oder zwischen das Frischluftgebläse und den Luftvorwärmer einen mittels Dampf oder
elektrisch beheizbaren Lufterhitzer zu schalten, mit dessen Hilfe die Luft höher
als sonst erhitzt werden kann. Dieser Lufterhitzer stellt aber einen zusätzlichen
Aufwand dar. Zur zusätzlichen Vorwärmung der Verbrennungsluft ist auch die Verwendung
von Dampfturbinenentnahmedampf oder Gasturbinenentnahmegas möglich. Dieses Vorgehen
ist nicht zu empfehlen, weil der Verbrennungsluft teuere, bereits untere Inkaufnahme
der Gesamtverluste der Feuerung veredelte Wärmeleistung zugeführt und mit erneuten
Verlusten über die Heizflächen der Feuerung nutzbar gemacht wird. Auch ist es bekannt
(vierter Absatz der Beschreibung des deutschen Patents 1074 805), während
des Anfahrens innerhalb des Luftkanals Heizöl über eine Brennerdüse mit sehr hohem
Luftüberschuß zu verbrennen. Diese offene Verbrennung bringt aber Brandgefahr für
den Luftvorwärmer und die Mühlen mit sich. Außerdem wird die Luftmenge vergrößert.
Weiterhin ist bekannt (vierter und fünfter Absatz der Beschreibung des deutschen
Patents 1074 805), die Verbrennungsluft durch Warmwasser, durch bereits im
Luftvorwärmer erhitzte Luft oder durch Zumischung von Rauchgas zur kalten Verbrennungsluft
vorzuwärmen. Die diesbezüglichen Nachteile sind bekannt. Es ist auch nicht anzuraten,
einen dem Luftvorwärmer nachgeschalteten Oberflächenwärmetauscher rauchgasseitig
von einer Zusatzfeuerung zu speisen, da auch dieser Wärmetauscher wie der obengenannte
Lufterhitzer einen zusätzlichen Aufwand darstellt.
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Es ist noch vorgeschlagen worden (deutsches Patent 1074 805)
eine Anlage für den Teillastbetrieb von Schmelzfeuerungen mit Vorwärmung der Verbrennungsluft
in einem Luftvorwärmer mittels der Rauchgase der Hauptfeuerung, welche durch Beimischung
der Rauchgase einer Zusatzfeuerung auf höhere Temperatur gebracht werden. Bei dieser
Anlage ist im allgemeinen Fall kein zusätzlicher Wärmetauscher notwendig. Die Beimischung
erfolgt dicht vor dem Luftvorwärmer. Die Temperaturerhöhung der Rauchgase der Hauptfeuerung
hat den Zweck, einen einwandfreien Betrieb der Wärmeaustauschflächen des Luftvorwärmers
zu gewährleisten, d. h., die bei Teillastbetrieb auftretende starke Korrosionsgefahr
zu vermindern, welche bei Abkühlung der Wärmeaustauschflächen unter den Taupunkt
der Rauchgase auftritt. Der Luftvorwärmer ist z. B. ein Ljungström-Regenerativ-Luftvorwärmer,
der also eire umlaufende Speichertrommel aufweist. Die Rege-
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der Teillast-Verbrennungslufttemperaturen kann aber bei dieser Anlage nur höchst
ungenau erfolgen, da die beigemischten Zusatzfeuerungsrauchgase sich bis zum Luftvorwärmer
niemals ordentlich mit den Hauptfeuerungsrauchgasen vermischt haben und unter anderem
Strähnenbildung auftritt, so daß die Temperatur der Rauchgase im Luftvorwärmer,
insbesondere über den Strömungsquerschnitt gesehen, verschiedene Höhen aufweist.
Sie kann z. B. auf einer Seite des Strömungsquerschnittes die gewünschte Höhe haben
und auf der anderen Seite des Strömungsquerschnittes weit darunter liegen. Die Gründe
für diese Nachteile sind die Anwendung des Mischens allgemein und vor allem auch
die Einführung der Zusatzfeuerungsrauchgase quer zur Strömungsrichtung der Hauptfeuerungsrauchgase,
dazu noch dicht vor dem Luftvorwärmer.
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Gemäß der Erfindung soll diese Anlage für den Teillastbetrieb von
Schmelzfeuerungen mit Vorwärmung der Verbrennungsluft in einem Luftvorwärmer durch
Rauchgase der Hauptfeuerung und zusätzlicher Vorwärmung der Verbrennungsluft durch
Rauchgase einer Zusatzfeuerung unter Wegfall einer vor dem Luftvorwärmer stattfindenden
Beimischung und unter Wegfall eines zusätzlichen Wärmetauschers einen Luftvorwärmer
aufweisen, der eine genauere Regelung der Teillast-Verbrennungslufttemperaturen
als im Fall der Beimischung ermöglicht, mit dem bewußt gesteckten Ziel, daß die
durch die Temperaturerhöhung der Rauchgase sich ergebende niedrige Schmelzraumeinfriertemperatur
mit Sicherheit nie erreicht wird und daß die Anlage ständig mit Sicherheit mit der
durch die Temperaturerhöhung herabsetzbaren Feuerungsleistung betrieben werden kann,
ohne ein Einfrieren des Schmelzraumes befürchten zu müssen.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Luftvorwärmer zwei voneinander
getrennte Heizteile, einen D-Heizteil und einen A-Heizteil, aufweist, zum D-Heizteil
ein Zuströmkanal für Rauchgase der Hauptfeuerung führt und zum A-Heizteil ein von
diesem Zuströmkanal getrennter Zuströmkanal für die Rauchgase der Zusatzfeuerung
führt. Somit kann hier eine Beimischung der Rauchgase der Zusatzfeuerung zu den
Rauchgasen der Hauptfeuerung wegfallen und damit die Nachteile einer solchen Beimischung.
Vor dem Luftvorwärmer kommen diese Rauchgase nicht miteinander in Berührung. Somit
treten die Rauchgase der Zusatzfeuerung mit einer bestimmten Temperatur in den Luftvorwärmer,
d. h. in den A-Heizteil, ein, wodurch die Temperatur des Luftvorwärmers und damit
die Aufheizung der Verbrennungsluft genau geregelt werden kann. Die Anlage kann
ständig mit Sicherheit mit der durch die zusätzliche Vorwärmung der Verbrennungsluft
herabsetzbaren Feuerungsleistung betrieben werden, ohne daß man ein Einfrieren des
Schmelzraumes befürchten muß. Es handelt sich um eine Direktheizung eines besonderen
Heizteiles durch Rauchgase einer Zusatzfeuerung und um indirekte Übertragung der
Wärme an die Verbrennungsluft. Der Luftvorwärmer kann rekuperativ oder regenerativ
arbeitend ausgebildet sein. Zur Ausführung des Gegenstandes der Erfindung kann auch
ein bereits vorhandener Luftvorwärmer benutzt werden.
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Insbesondere ist der Zuströmkanal für die Rauchgase der Zusatzfeuerung
absperrbar; in ihn mündet ein Kanal für Rauchgase der Hauptfeuerung, der ebenfalls
absperrbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Anlage bei Vollast und Teillast bis
hinunter zu der tiefgelegenen Teillast zu betreiben. Dabei kann der A-Heizteil für
Rauchgase der Zusatzfeuerung verwendet werden, was vorwiegend bei geringer Teillast
geschieht, oder für Rauchgase der Hauptfeuerung liei Voll- oder Anheizvollast, d.
h. bei großer Frischluft-und Rauchgasmenge. In weiterer Ausgestaltung des Gegenstandes
der Erfindung weist der Luftvorwärmer zwei weitere voneinander getrennte Heizteile,
einen C-Heizteil und einen B-Heizteil, für die Verbrennungsluft auf, die zur zweistufigen
Vorwärmung der Verbrennungsluft durch die Rauchgase der Hauptfeuerung und Zusatzfeuerung
hintereinanderschaltbar sind. Mit dieser Bauart sind eine noch bessere Regelbarkeit
der Verbrennungslufttemperaturen und eine noch höhere Vorwärmung der Verbrennungsluft
möglich. Bei einem Luftvorwärmer mit umlaufender Speichertrommel folgen die vier
Heizteile in Speichertrommeldrehrichtung in der Reihenfolge A-B-C-D aufeinander.
Hierdurch ist es möglich, die Frischlufttemperatur bei Teillast stufenweise zu erhöhen.
Außerdem kann eine Gegenstromführung bei zweistufiger Vorwärmung im Teillastbetrieb
erzielt werden.
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Die Zeichnung stellt in F i g. 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel eines
für eine Anlage gemäß der Erfindung verwendbaren Regenerativ-Luftvorwärmers in drei
Schnitten vereinfacht dar. Wie die Schnitte geführt sind, geht aus den Darstellungen
hervor. Bei diesem Luftvorwärmer sind Klappen, durch die die Verbrennungsluft und
die Rauchgase steuerbar sind, in den Stellungen für Betrieb der Anlage unter kleiner
Teillast gezeichnet. Die Rauchgase kommen von einer nicht dargestellten Hauptfeuerung
der Anlage und einer nicht dargestellten Zusatzfeuerung der Anlage. Die Verbrennungsluft
kommt von einem nicht dargestellten Frischlüfter der Anlage.
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Der Luftvorwärmer mit umlaufender Speichertrommel 41 weist
einen D-Heizteil 23 für die Rauchgase der Hauptfeuerung, einen A-Heizteil
24 für die Rauchgase der Zusatzfeuerung oder der Hauptfeuerung und für die
Verbrennungsluft einen C-Heizteil 26 und einen B-Heizteil 27 auf. Zum D-Heizteil
23 führt ein Zuströmkana120 für die Rauchgase der Hauptfeuerung und zum A -Heizteil
24 ein vom Zuströmkana120 getrennter Zuströmkana121 für die Rauchgase der
Zusatzfeuerung. In den Zuströmkanal 21 mündet ein Kanal 22 ebenfalls
für die Rauchgase der Hauptfeuerung.
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Bei Vollastbetrieb sind die Klappen 44, 32, 33 und 36 voll geöffnet
und die Klappen 29 und 34 geschlossen. Die gesamten von der Hauptfeuerung kommenden
Rauchgase (s. die Pfeile 43 und 28) strömen dabei parallel durch die
Heizteile 23 und 24. Die gesamte vom Frischlüfter kommende Verbrennungsluft
(s. die Pfeile 30 und 37) strömt dabei parallel durch die Heizteile 26 und
27. Beide Verbrennungsluftströme verlassen den Luftvorwärmer an den geöffneten
Klappen 32 und 33 vorbei (s. die Pfeile 38
und 39).
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Bei Betrieb der Anlage unter kleiner Teillast sind die Klappen 44,
32, 33 und 36 geschlossen und die Klappen 29, 34 und 31 geöffnet.
Die gesamten von der Hauptfeuerung kommenden Rauchgase (Pfeil 43)
strömen
durch den Heizteil 23. Durch den Heizteil 24 strömen die von der Zusatzfeuerung
kommenden Rauchgase (Pfeile 25). Die gesamte vom Frischlüfter
kommende
Verbrennungsluft (Pfeil 30) strömt durch den Heizteil 26, wo sie vorgewärmt
wird, strömt dann an der geöffneten Klappe 31 vorbei (Pfeile 19) durch
den Heizteil 27, wo sie höher erhitzt wird, und verläßt den Luftvorwärmer
bei geöffneter Klappe 34
(Pfeile 35). Die Klappen können entsprechend der
Größe der Teillast mehr oder weniger geöffnet sein. Es ist also ein Teil der Verbrennungsluft
einem Verbrennungsluft-Heizteil mindestens teilweise entziehbar, wobei mindestens
ein Teil der gesamten, von den Rauchgasen der Hauptfeuerung in einem anderen Verbrennungsluft-Heizteil
vorgewärmten Verbrennungsluft durch den Verbrennungsluft-Heizteil geführt und dort
durch Rauchgase der Zusatzfeuerung höher erwärmt wird.
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Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, handelt es sich bei F i g. 1 und
2 um die Schnitte I-I und II-II. Die Heizteile 24, 27, 26 und 23 sind in Drehrichtung
40 der Speichertrommel 41 in der Reihenfolge A-B-C-D aufeinanderfolgend angeordnet.
Dies ist aus F i g. 3 (Schnitte III-III und IV-IV) ersichtlich. Dreht sich die Speichertrommel
41 in Richtung 40, dann gelangt der durch die Rauchgase der Hauptfeuerung
im D-Heizteil 23 und anschließend durch die Rauchgase der Zusatzfeuerung im A-Heizteil
24 erhitzte Speichertrommelteil zuerst in den B-Heizteil 27, wo er einen Teil seiner
Wärme an die vorgewärmte Verbrennungsluft abgibt, und dann in den C-Heizteil 26,
wo er einen weiteren Teil seiner Wärme an die kalte Verbrennungsluft abgibt.