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Rauchgasbeheizter umlaufender Regenerativ-Luftvorwärmer mit Reinigungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft rauchgasbeheizte umlaufende Regenerativ-Luftvorwärmer, und
zwar sowohl solche mit umlaufender Speichermasse und ruhenden Kanälen als auch solche
mit ruhender Speichermasse und umlaufenden Kanälen.
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Luftvorwärmer dieser Art, die in Großfeuerungsanlagen dazu dienen,
die Verbrennungsluft mittels der heißen Rauchgase vorzuwärmen, sind bei Verwendung
in Anlagen, die mit Kohle befeuert werden, starken Angriffen durch die staubförmigen
Beimengungen ausgesetzt, die durch das Rauchgas mitgeführt werden. Dieser lose Staub
oder Sand setzt sich auf den durch den Rauchgaskanal hindurchwandernden Speicherelementen
- in der Regel profilierten Heizblechen - ab und wird nach Durchgang dieser Elemente
durch die Abdichtungszone und nach Eintritt in den Luftkanal durch den Luftstrom
mitgenommen. Diese festen Verunreinigungen des Rauchgases beschädigen dann nicht
nur die Heißluftkanäle des Luftvorwärmers, sondern auch die Kohlenstaubbrenner durch
Stauberosionen. In besonders starkem Maß treten die genannten Schäden dann auf,
wenn die verfeuerte Kohle quarzhaltig ist.
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Die Zerstörungen der Heißluftkanäle lassen sich allerdings herabsetzen,
indem die Geschwindigkeiten der heißen Luft genügend klein gewählt werden, also
die Strömungsquerschnitte entsprechend groß bemessen werden. Die Zerstörungen an
den Brennerdüsen jedoch lassen sich hierdurch nicht verhindern.
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Um auch die Beanspruchung der Brennerdüsen herabzusetzen, ist daher
schon versucht worden, den in der Heißluft mitgeführten Staub in einer Heißluftkanalumlenkung
auszuscheiden und in einem Sammeltrichter aufzufangen, der an die vorhandene Entaschung
angeschlossen wurde. Es hat sich aber auch diese Maßnahme als nicht ausreichend
wirksam erwiesen.
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Die Erfindung zeigt für die Lösung dieser Aufgabe, den Luftvorwärmer
und die Brennerdüsen vor dem erodierenden Flugstaub zu bewahren, einen neuen Weg.
Es wird für diesen Zweck in an sich bekannter Weise (deutsche Patentschrift 545
523) von einer Reinigungsvorrichtung in Form einer auf der Rauchgasaustrittsseite
des Speicherkörpers angeordneten Düse Gebrauch gemacht, die sich etwa von der Nabe
des Speicherkörpers bis zu seinem Außenmantel erstreckt und die dazu dient, während
des laufenden Betriebes ein gasförmiges Medium durch die Speichermasse zu blasen.
Bei dieser schon sehr alten bekannten Ausführungsform ist aber an das Entfernen
nicht nur der losen Verunreinigungen gedacht, sondern vor allem auch der festhaftenden.
Zu diesem Zweck ist zusätzlich zu dem Rauchgassektor und dem Luftsektor noch ein
besonderer Reinigungssektor erforderlich. Dieses ist nachteilig, da ein solcher
besonderer Reinigungssektor wegen seiner Abmessungen einen wesentlichen Teil der
Speichermasse von der Nutzbarmachung für die Wärmeübertragung ausschließt. Das Freiblasen
erfolgt innerhalb dieses Sektors, und es wird das staubbeladene gasförmige Medium
alsdann durch eine Filteranlage geführt, um nach erfolgter Reinigung in den Luftkanal
eingeleitet zu werden. Die Notwendigkeit, eine zusätzliche Filteranlage vorsehen
zu müssen, stellt einen weiteren wesentlichen Nachteil der genannten alten Ausführunpform
dar.
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Die übereinstimmung des Luftvorwärmers gemäß der Erfindung mit der
bekannten alten Ausführungsform beschränkt sich also nur auf die vorstehend im einzelnen
benannten Merkmale. Dem Zweck und Wesen nach besteht jedoch ein grundsätzlicher
Unterschied, und zwar insofern, als bei der alten Ausführungsform sämtliche Verschmutzungen
- d. h. die festhaftenden und damit notwendigerweise auch die noch losen - entfernt
werden sollen, während bei dem Luftvorwärmer gemäß der Erfindung nur die losen Staubablagerungen
sofort beseitigt werden sollen, so daß sich festhaftende Verschmutzungen erst gar
nicht bilden können. Aus dieser unterschiedlichen Aufgabenstellung ergeben sich
daher wesentliche konstruktive Unterschiede, und zwar ist der Luftvorwärmer gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Düse sich längs derjenigen Sektorplatte
erstreckt, unter der die Speichermasse aus dem Rauchgaskanal in den Luftkanal übergeht,
und daß das staubbeladene gasförmige Medium in
den Rauchgaskanal
hinein austritt. Hierbei ergibt sich keine Vergrößerung des toten Raumes. Auch entfällt
die Notwendigkeit, eine zusätzliche Filteranlage vorzusehen, weil das mit dem freigeblasenen
Staub beladene gasförmige Medium in den Rauchgaskanal hineingeleitet wird. Wichtig
ist hierbei, daß wegen der angegebenen Anordnung der Düse der leicht haftende Staub,
der sich auf den Speicherelementen bei deren Durchgang durch den Rauchgaskanal abgesetzt
hat, aus der Rauchgasseite gar nicht erst in die Luftseite gelangt. Hierdurch wird
die beschriebene nachteilige Erscheinung gleich an der Wurzel erfaßt, so daß sie
nicht zur Auswirkung kommen kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung darf nicht mit den seit langem bekannten
und allgemein gebräuchlichen Rußbläsern verwechselt werden. Solche Rußbläser dienen
dazu, die Speichermasse in regelmäßigen Abständen von den festhaftenden Verunreinigungen
zu befreien. Für diesen Zweck wurde früher ein radial angeordnetes Rohr mit in engen
Abständen befindlichen Lochdüsen benutzt. Da diese Rußbläser einen unangemessen
hohen Aufwand an Rußblasemedium (Preßluft oder Heißdampf) erforderten und trotzdem
nicht in der Lage waren, eine ausreichende Reinigungswirkung zu erzielen, ist man
in neuerer Zeit dazu übergegangen, einen schwenkbaren Rußbläser mit nur einer einzigen
Düse zu verwenden. Hier konzentriert sich der volle Druck auf diese einzige Düse
und erzeugt einen gerichteten Strahl hoher Intensität, der durch die Speichermasse
geschickt wird. Der hierbei verwendete Druck liegt zwischen 3 und 5 atü.
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Wie gesagt, haben -diese Rußbläser in erster Linie die Aufgabe, die
langsam zunehmende, bleibende Verschmutzung zu verhindern, also die Bildung von
Staubkrusten oder ähnlichen festhaftenden Belägen zu unterbinden und vorhandene
Ansätze möglichst zu beseitigen. Ein einmaliger Blasvorgang nimmt hierbei etwa eine
halbe Stunde in Anspruch. Bei den jetzt gebräuchlichen Eindüsenrußbläsern wird hierbei
die Düse in radialer Richtung hin- und hergehend von außen nach innen und zurück
bewegt, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen Speichermasse und Kanalanschlüssen
etwa 1 m/sec beträgt. Da hierbei fortlaufend Bleche, die mit Staub aufgeladen sind,
in den Heißluftstrom gelangen, ist diese gebräuchliche Art des Bußblasens nicht
geeignet, den Transport lockeren Staubes oder Sandes in den Heißluftstrom zu verhindern.
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Es ist auch schon der Vorschlag gemacht worden (deutsche Patentschrift
912 003), bei umlaufenden Regenerativ-Luftvorwäxmern mit Rückführung des Leckgases
und der Rotorkammerfüllung (Schleusluftrückführung) die abgesaugten Gase zum Reinigen
der Heizflächen zu benutzen. Zu diesem Zweck wird das abgesaugte Gas in die den
Rauchgasstrom gerade verlassende Speichermassenkammer eingeblasen, wobei die Mündung
des Rückführungskanals zwecks Erzeugung eines geschlossenen, zur Reinigung der Heizflächen
geeigneten Gasstrahles düsenartig ausgebildet ist. Auch diese Reinigungsvorrichtung
kann nicht voll befriedigen. Ein Nachteil ergibt sich daraus, daß dieser Reinigungsstrahl
die gleiche Richtung aufweist wie der Rauchgasstrahl, während die Speicherelemente
anschließend nach Durchlaufen der Abdichtungszone und Eintreten in den Luftkanal
durch die Luft im Gegenstrom bestrichen werden. Diejenigen Staubteilchen, die sich
beim Durchblasen des Reinigungsstrahls in dessen Windschatten befunden haben und
daher nicht haben entfernt werden können, werden durch die in entgegengesetzter
Richtung strömende Luft voll erfaßt und in den Luftkanal mitgenommen. Ein anderer
Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, daß der für eine ausreichende Reinigung
benötigte hohe Blasdruck von 3 bis 5 atü einen entsprechenden Aufwand an Ventilatorleistung
erfordert, der wirtschaftlich nicht vertretbar ist.
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Alle diese Nachteile werden durch den rauchgasbeheizten umlaufenden
Regenerativ-Luftvorwärmer gemäß der Erfindung vermieden. Da die Blasdüse.auf der
Rauchgasaustrittsseite angebracht ist, besitzt der Reinigungsstrahl die gleiche
Richtung wie der Luftstrom, in den die Speichermasse anschließend eintritt. Hierdurch
ist die Gefahr vermieden, daß Staub, der sich zuvor beim Durchblasen des Reinigungsstrahls
im Windschatten befunden hatte, nunmehr durch den Frischluftstrom ungehindert erfaßt
wird.
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Gemäß weiterer Erfindung ist es zweckmäßig, die Reinigungsvorrichtung
so auszubilden und zu bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Reinigungsstrahls
nicht kleiner ist als diejenige der die Speichermasse im Anschluß hieran durchströmenden
Luft, sondern mindestens ebenso groß, besser sogar noch ein wenig größer. Auch durch
diese Maßnahme wird erreicht, daß die Möglichkeiten des Luftstromes, abgelagerte
Staubteilchen zu erfassen, nicht .größer sind als die Möglichkeiten des Reinigungsstrahls.
Diejenigen Staubteilchen, die durch den Reinigungsstrahl nicht erfaßt und fortgeblasen
wurden, werden daher im wesentlichen auch nicht durch den nachfolgenden Luftstrom
gleicher Richtung erfaßt und in den Luftkanal mitgeführt werden können.
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Da die Speichermasse während des übergangs vom Rauchgaskanal zum Luftkanal
durch das reinigende Medium voll erfaßt werden muß, soll die Bla$düse sich von der
Nabe bis zum Außenmantel des Speicherkörpers erstrecken. Infolgedessen ist die Ausbildung
der Düse als Schlitzdüse zweckmäßig, wenngleich natürlich die Unterteilung in eine
Reihe dicht nebeneinanderliegender Lochdüsen nicht ausgeschlossen sein soll. Im
Unterschied zu den erwähnten Bußbläsern, die intermittierend tätig werden, arbeitet
die Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise ständig, um im laufenden
Betrieb den gerade abgelagerten Flugstaub sofort zu entfernen. Da der Druck des
den Flugstaub herausblasenden gasförmigen Mediums mäßig sein darf, ist die notwendige
Leistung zur Erzeugung der benötigten Geschwindigkeit des Reinigungsstrahls verschwindend
klein.,, verglichen mit dem Aufwand, der für die üblichen Blasdrücke der Bußbläser
erforderlich ist.
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Als Reinigungsmedium kann Beingas benutzt werden, das hinter dem Rauchgasentstauber
entnommen und mittels eines Druckerhöhungsgebläses auf den an der Schlitzdüsenmündung
benötigten Druck gebracht wird. Handelt es sich um einen Regenerafiv-Luftvorwärmer
mit Schleusluftrückführung, so kann auch diese Schleusluft verwendet werden. In
diesem Fall braucht die an sich vorhandene Einrichtung zur Rückführung der Schleusluft
nur noch an diejenigen Erfordernisse angepaßt zu werden, die sich aus der Aufgabe
der Staubentfernung ergeben.
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Verwendet man als Reinigungsmedium die Anßen.-luft, so reicht in der
Regel schon der im Rauchgaskanal herrschende Unterdruck aus, um eine genügend große
Blasgeschwindigkeit zu erzielen, und es kann dann auf ein besonderes Gebläse verzichtet
werden.
Dieses ist erst recht dann möglich, wenn als Reinigungsmedium
die unter höherem Druck stehende Frischluft selbst benutzt wird.
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Konstruktiv kann die Anbringung der Reinigungsvorrichtung beispielsweise
so gelöst werden, daß die Schlitzdüse in radialer Richtung etwa in der Mitte der
betreffenden Sektorplatte angeordnet wird und in der gegenüberliegenden Sektorplatte,
ebenfalls radial im mittleren Bereich, ein Aufnahmeschlitz, wobei letzterer etwas
breiter sein kann, gegebenenfalls auch ein wenig in Richtung zur Seite des Luftkanals
versetzt, damit er den mit den Staubteilchen beladenen Blasstrom mit Sicherheit
aufnimmt.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Schlitzdüse noch im Bereich
des Rauchgaskanals vor der Sektorplattenkante anzubringen, so daß das Einblasen
des gasförmigen Mediums in die Heizelemente kurz vor deren Austritt aus diesem Kanal
erfolgt. Hierbei ist es natürlich wichtig, daß der mit Flugstaub beladene Gasstrom
aus den Heizelementen auch schon wieder austritt, bevor letztere in den Luftkanal
gelangen, denn dann würde der aufgewirbelte Flugstaub in den Luftstrom mitgenommen
werden, was gerade vermieden werden soll. Es muß also der mit Staub beladene Reinigungsstrom
noch innerhalb des Rauchgaskanals oder spätestens innerhalb der toten Zone wieder
aus der Speichermasse austreten. Dieses kann erreicht werden, indem man die Schlitzdüse
nicht unmittelbar an der Sektorplattenkante anbringt, sondern in einem angemessenen
Abstand davor. Statt dessen (oder zusätzlich) kann man die Kante der gegenüberliegenden
Sektorplatte etwas in Richtung zur toten Zone versetzen, oder man kann, wie schon
beschrieben, einen besonderen Aufnahmeschlitz in der gegenüberliegenden Sektorplatte
vorsehen.
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Vorstehend ist zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens von dem
wichtigsten praktischen Fall gesprochen, für den die Erfindung Bedeutung hat. Es
kann das Problem der Beseitigung erodierender Staubbeimengungen aber auch in anderen
Fällen auftreten, beispielsweise bei Wärmetauschern der chemischen Industrie, bei
denen es sich nicht um Rauchgas einerseits und Verbrennungsluft andererseits handelt,
sondern um irgendwelche anderen Gase. Selbstverständlich ist der Erfindungsgedanke
auch für solche Fälle anwendbar. Das wichtigste technische Gebiet, für das der Grundgedanke
der Erfindung Bedeutung besitzt, besteht aber in der Anwendung auf rauchgasbeheizte
Luftvorwärmer in kohlegefeuerten Anlagen.
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Konstruktiv läßt sich der Erfindungsgedanke auf sehr verschiedenartige
Weise verwirklichen. Um aber den Grundgedanken der Erfindung zu veranschaulichen,
wird in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar in Gegenüberstellung
mit einer Schleusluft-Leckluft-Rückführung (deutsche Patentschrift 912 003), um
den grundsätzlichen Unterschied gegenüber dieser bekannten Ausführungsform klar
erkennbar zu machen. In beiden Fällen handelt es sich um einen rauchgasbeheizten
Regenerativ-Luftvorwärmer, und zwar ist eine Ausführungsform gewählt, bei der die
Speichermasse umläuft und die Kanalanschlüsse ruhend angeschlossen sind. Diese Ausführungsform
ist die weitaus stärker verbreitete. Die angestellten überlegungen treffen aber
in gleicher Weise auch auf die kinematische Umkehr zu, nämlich auf Luftvorwärmer
mit ruhender Speichermasse und umlaufenden Kanalanschlüssen. F i g. 1 stellt einen
Luftvorwärmer dar, der mit der bekannten Schleusluft-Leckluft-Rückführung ausgestattet
ist; F i g. 2 zeigt demgegenüber das zur Veranschaulichung der Erfindung dienende
Ausführungsbeispiel, nämlich einen Luftvorwärmer mit Vorrichtung zum Freiblasen
der aus dem Rauchgaskanal in den Luftkanal übergehenden Heizflächen.
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Bei der bekannten Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist der Rotor 2 in
der üblichen Weise in Kammern 1 unterteilt. Die Luftfüllung der jeweils in den Gaskanal
3 eintretenden Kammer 4 und die infolge des Druckunterschiedes durch den Dichtspalt
1' übertretende Leckluft werden beim Eintritt der genannten Kammer in den Gaskanal
3 mittels eines Lüfters 6 abgesaugt. Diese abgesaugte Luft wird der jeweils den
Rauchgaskanal 3 verlassenden Kammer 5 wieder zugeführt, und zwar wird sie mittels
einer Düse 11 von der Eintrittsseite der Rauchgase her eingeleitet. Die Strömungsrichtung
im Rauchgaskanal 3 und im Luftkanal 8 ist durch Pfeile angedeutet, ebenso
auch die Strömungsrichtung der mittels des Lüfters 6 geförderten Schleus- und Leckluft.
Wie diese Strömungspfeile zeigen, erfolgt das Einleiten der zuvor abgesaugten Schleus-
und Leckluft in Strömungsrichtung der Rauchgase, d. h. entgegengesetzt der Strömungsrichtung
der Luft im Luftkanal B.
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Im Unterschied hierzu erfolgt bei dem in F i g. 2 dargestellten Luftvorwärmer
gemäß der Erfindung das Einblasen des reinigenden gasförmigen Mediums mittels der
Düse 11 von der Austrittsseite der Rauchgase her, also entgegen der Strömungsrichtung
der Rauchgase. Dieses bedeutet, daß das Durchblasen des reinigenden Gases in der
gleichen Richtung erfolgt, in der im Anschluß an diesen Vorgang, und zwar nach Eintritt
der Kammer 5 in den Luftkanal 8, diese Kammer von der aufzuwärmenden Luft durchströmt
wird.
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F i g. 2 zeigt die Verwirklichung des Erfindungsgedankens in der Form,
daß die langgestreckte Blasdüse 11 an der rauchgasseitigen Randkante der
Sektorplatte angeordnet ist. Hierbei müssen die Verhältnisse so gewählt sein, daß
auch der Austritt des Blasmediums auf der gegenüberliegenden Seite noch rechtzeitig
erfolgen kann, bevor diese Kammer 5 den Rauchgaskanal verlassen hat, denn der freigeblasene
Staub muß in den Rauchgaskanal 3 gefördert werden und darf nicht etwa innerhalb
der Kammer 5 in den Luftkanal 8 hinübertransportiert werden. Um dieses rechtzeitige
Herauslassen des staubbeladenen Reinigungsgases zu gewährleisten, mag es nützlich
sein, die rauchgasseitige Kante der gegenüberliegenden (in F i g. 2 untenliegenden)
Sektorplatte ein wenig in Umlaufrichtung des Rotors, d. h. nach links, zu versetzen.
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Auf die Möglichkeit, die Einblasdüse 11 nicht an der rauchgasseitigen
Randkante der Sektorplatte, sondern um einen gewissen Betrag in die Mitte der Platte
hinein verschoben anzuordnen, wurde schon hingewiesen. In diesem Fall ist innerhalb
der Fläche der gegenüberliegenden Sektorplatte ein Austrittsschlitz vorzusehen,
der etwas breiter sein mag als die Mündung der Blasdüse, gegebenenfalls auch in
Drehrichtung des Rotors ein wenig versetzt, damit auch in diesem Fall gewährleistet
ist, daß die freigeblasenen Staubteilchen in die Austrittsöffnung gelangen, nicht
aber etwa in den Luftkanal hineintransportiert werden.