DE1551700A1

DE1551700A1 - Verfahren zum Betrieb eines Dampferzeugungsboilers

Info

Publication number: DE1551700A1
Application number: DE19671551700
Authority: DE
Inventors: Walter Halliwell; Frank Pitts
Original assignee: Magnesium Elektron Ltd
Current assignee: Magnesium Elektron Ltd
Priority date: 1966-06-03
Filing date: 1967-01-30
Publication date: 1970-04-30
Also published as: GB1132899A; ES336896A1; DK111424B; US3430610A; FR1509641A

Description

Dipl.-Ing.F."Weickmann, Dr. Ing. A/Weickmann, Dipl.-Ing.H. Weickmann D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Patentanwälte 1 ε c 1 7 λ λ

8 MÜNCHEN 27, MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER. 413921/22 * ' *^"

Oase 24873/66
Dr.K/B

Magnesium Elektron Limited, Swinton, Manohester, England

Verfahren zum Betrieb eines DampferHSUgungsboilers

Die Erfindung betrifft Dampferzeugungsboiler und ein Verfahren zur Verbesserung der thermischen Wirksamkeit von Dampferseugungsboilern und insbesondere von ölbeheizten Boilern₉ bei denen eine Überhitzungstemperatur nicht erzielt werden kann oder nur auf Kosten der Einführung übermäßiger Mengen, von Luft in die Verbrennungszone erreicht werden kann.

Es ist völlig üblich, Boiler, die zum Betrieb mit festen oder pulverisierten Brennstoffen oder mit Gas bestimmt Bind, in ,ölbeheizte Boiler zu verwandeln, und es ist dann häufig unpraktisch, ohne daß eine grundsätzliche und kostspielige Umgestaltung des Boilers, insbesondere der Verbrennungskammer, stattfindet, die maximale Überhitzungstemperatur, die die Eonstruk·^ tion der Boilerrohre erlauben würde, zu errtiohen» ohne daß der Anteil an angewandtem Luftüberschuß mit entsprechendem . Verlust der thermischen Wirksamkeit erhöht wird» Se.ist be-

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kannt, daß diese Schwierigkeit ü^rwunden werden kann, wenn feuerfeste Wände innerhalb der Verbrennungekammer angebracht werden, so daß ein Teil der Wandrohre abgedeckt wird, wodurch die Absorption von Wärme in der Verbrennungskammer vermindert und diese in den Überhitzern erhöht wird. Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung der Notwendigkeit der Anwendung hoher Anteile von überschüssiger luft besteht in der Zurückführung der abgekühlten Verbrennungsgase durch die Verbrennungskammer. In jedem Jail treten hohe Kosten für die Gestaltung und Aufrechterhaltung auf.

Bei der Einführung von teilchenförmigen Magnesium in Boilerverbrennungskammern zwecks Regelung der Bildung von Schwefeltrioxyd wurde festgestellt, daß unter bestimmten Bedingungen Magnesium auf den Wandrohren des Boilers abgeschieden wird und daß diese Erscheinung mit einem Anstieg der Überhitzungstemperatur verbunden ist, obwohl der überschüssige Luitgehalt der Verbrennungsgase konstant verbleibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzielung eines geregelten Anstieges der Überhitzungstemperatur ohne eine gleichzeitige Erhöhung des luftüberschusses oder in der Erreichung einer Verminderung des luftüberschussee, _i ohne daß die Überhitzungstemperatur erniedrigt wird.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Magnesium in Form von Teilchen, die durch ein Sieb von 1,59 mm.C 1/16^H) gehen und auf einem Sieb mit einer Maschengröße von etwa 150 Mikron ( 100 B.S. sieve) zurückgehalten werden, in die Boilerverbrennungskammer in einer Richtung eingedüst, die einen Winkel zwischen 30° unterhalb der Waagerechten und 60° oberhalb der Waagerechten ergibt, und in einer Ebene, gesehen in der Ansicht' der Ebene, einen Winkel zwischen 45° und 135° zu der Richtung ergibt, in der der Brennstoff eingedUst wird, wobei die Eindüsmng in der Weise erfolgt, daß eine wärmereflektierende Schicht von Magnepiumoxyd auf der Oberfläche eines bestimmten Abschnittes der Verbrennungskammerwandrohre aufrechterhalten wird» Das Öl kann aus einer Mehrzahl von Brennstoffeinspritzdüsen oder-BrennerKi in gegenüberstehenden Richtungen oder in der gleichen Richtung eingedüst werden, während das Magnesium in entgegengesetzten Richtungen quer zu den Brennstoffströmungen eingedüst wird. Die Stellung oder jede Stelle der Eindüsung des .Magnesiums in der Verbrennungskammerwand kann sswischen den Hlveaus der niedrigsten und der höchsten leihen der Brennstoffeinspritzdüsen oder—brenner angeordnet sein. Magnesium kann an mehr eis einer Stelle eingedüst werden, jedoch werden im Fall jeder BindüB-stelle die angegebenen Winkel bezüglich der Richtung der Brennstoff ®ißdüsung in der nächsten Umgebung zur Stellung der Magnesiiämeiridüsung angegeben· Die Geschwindigkeit, mit der die Magneaiumteilchen eiaigedüst werden und die Größe der Seilehen

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werden vorzugsweise in Bezugnahme auf die Abmessungen der Verbrennungskammer und die innerhalb der Kammer vorhandene Gasströmung so gewählt, daß die Verbrennung der Teilchen praktisch vollständig beendet ist, bevor die verbrennenden Teilchen auf ein Niveau unterhalb der niedrigsten Reihe der ölbrenner abgefallen sind und daß kein wesentlicher Anteil der Teilchen aus der Verbrennungskammer ausgetragen wird, bevor die Verbrennung der Teilchen beendet«ist·

Die Wirkung dieses Verfahrens zur Regelung der Eindüsung der Magnesiumteilchen besteht' darin, daß eine weiße Abscheidung von wärmereflektierendem Magnesiumoxyd auf derjenigen Fläche der Wandrohre erfolgt, die zwischen der Ebene der niedrigsten Reihe der ölbrenner Und einer unterhalb der Stellung gelegenen Ebene liegt, an der die Verbrennungsgase die Verbrennungskammer verlassen und in die Überhitzer oder Wiedererhitzer eintreten. Die Höhe dee durch Magnesiumoxyd bedeckten Streifens wird entsprechend dem gewünschten Anstieg der Überhitzungstemperatur und/oder der Verminderung des Luftüberschusses variiert und kann durch Änderung der Geschwindigkeit und der Eindüswinkel des Magnesiums innerhalb der angegebenen Grenzen geregelt werden. Der Anstieg der Überhitzungßtemperatur und/oder die Verminderung des luftüberschusnes kann auch durch Änderung der Reflektivität des Magneniumoxydüberzuges variiert weraen, die durch Änuerung der Geschwindigkeit, mit der das Ila^necium eingedüst wird,

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geregelt wird. Zur Erzielung einer maximalen Wirtschaftlichkeit werden die Geschwindigkeit und die Winkel der Magnesiumeindüsung mittels Yersuch so lange variiert» bis das Ausmaß der Magnesiumeindüsung die minimal zulässige hinsichtlich der gewünschten Verbesserung der thermischen Wirksamkeit ist*

Zum Zweck der weiteren Erläuterung wird die Erfindung in den beiliegenden schematischen Zeichnungen weiterhin erläutert, worin
Figo 1 einen senkrechten Schnitt eines ölbeheizten Boilers, der

gemäß der Erfindung konstruiert ist, Figβ 2 einen waagerechten Schnitt entlang der Ebene 2-2 der

Fig. 1,
Fig. 5 einen senkrechten Schnitt einer weiteren Form eines Boilers,

Fig« 4 eine Schnittansicht entlang Linie 4-4- von Fig. 3 und Fig» 5 eine Schnittansicht entlang linie 5-5 von Fig. 4 darstellen,,

Eine Verbrennungskammer 10 ist an ihrem oberen Endteil durch einen Kanal 8 mit Überhitzern und/oder Wiedererhitzern 9 ver*· bunden» Die Kammer 10 wird durch 4 Wände 11, 12, 13, 14 gebildet und um sämtliche Wände befinden sich die üblichen Wasserrohre 16. Ölbrennerdüsen 17 und 18 erstrecken sich durch die Wände in die Kammer 10 in einem Winkel von 90° zu der Ebene der "

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Wand In der Ebene (Pig· 2), bo daß las öl in den Ofen in entgegengesetzten Richtungen eingedüet wird· Biese Düsen befinden sich bei diesem Beispiel in 4 Reihen (Fig. 1).* Magne siumeindüsrohre oder- düsen 20, 21, 22, 23 erstrecken sich durch di· Wände 11 und 13 in einem Winkel von 45° au der Senkrechten, wobei ihre äusseren Enden niedriger sind, und von 70° zu den Wänden 11 und 13 in der Ebene, während die Düsen 20 und 21 in Winkeln von 150° au den Düsen 22 und 23 stehen.

Der MagneBiumoxydüberzug wird auf allen 4 Wändtn 11,12,13 und 14 zwischen einer durch die punktierte linie 25 in Pig. T dargestellten Ebene zwischen den unteren beiden Reihen der ölbrennerdüsen 17 und einer durch die punktierte Linie 26 angegebenen Ebene ausgebildet, die sich unterhalb.des Kanalee 8 befindet, durch den die Verbrennungsgaee'die Kammer 10 verlassen.

In den figuren 3, 4 und 5 liegen die Überhitzer und Wiedererhitzer 9 oberhalb der Kammer 10, die Verbrennungsdüsen 17 treten in die Wand 14 in 3 Reihen ein und die Magnesiumeindüsdüse 20 tritt in die Wand 11 in einem rechten Winkel in der Ebene zu den Verbrennungsdüsen 17 und eine ähnliche Düse 21 tritt in die Wand 13 gegenüber der Düse 20 mit dem. gleichen-Winkel zur Senkrechten wie in Pig. 1 ein, ;

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Somit sind die Düsen 20 und 21 direkt gegenüberstehend einander an gegenüberstehenden Wänden der Verbrennungskammer 10. Die •Düse 20 befindet sieh zu rechten Winkeln 'in der Ebene zu den · Düsen 17 'und die Düse 21 befindet sich bei 75° asu den Düsen 17. Die Düsen 20 und 21 weisen 60° gegenüber der Senkrechten auf. Die Eindüsung des Magnesiums kann mittels der in der Patentanmeldung M .66 t95(I¥a/12 g vom 19.10«, 1965 beschriebenen Apparatur ausgeführt werden.

Beispiel

Magnesium in Form von festen Körnchen wurde in einer Menge von 1,36 kg ( 3 lb·) je Stunde in die Verbrennungskammer eines , Boilers eingedüst_f welcher nahezu 12 to eines rohen Hüokstandbrennstofföls je Stunde verbrauchte. Vor Beginn der Eindüsung des Magnesiums arbeitet© der Boiler mit 7#-«igem Luftübersclmß und ergab überhitzten Dampf von einer Temperatur von 517¹E* obwohl der Boiler zum Betrieb bei einer Überhitzungstemxieratur von 525⁰C box Verwendung von nur 5 $ Luftüberschuö über die zur Verbrennung des,, Brennstoffes erforderliche stöehiometrieche Menge hinaus Konstruiert war. Durch Abänderung der Teilchengröße der Hagnesiumköx'nöhen und dem Ausmaß deren Eindüsung, deren Geschwindigkeit und des iSinäüswinkels wurde fer.tgestellt, daß bei Eindüsung von 1,36 kg je Stunde von Hagnesiumkörnchen mit einem mittleren Stokes-Durchmeaaer von Ü,79 mm ( i/?2")

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mit einer Geschwindigkeit von 45,72 m je Sekunde (150 feet per second) in einer Richtung mit einem Winkel oberhalb der Waagerechten von 30° und mit rechten Winkeln zu der Richtung der Eindüsung des Brennstoffes einen Anstieg von 8Έ der Überhit zungstemperatür.ergab, somit das Maximum, für dae der Boiler bestimmt war, erreicht wurde, wobei dieser Anstieg erzielt wurde, obwohl nur mit einem 5 ji-igen Luftüberschuß gearbeitet wurde, was einer Verminderung von etwa 30 i> , verglichen mit dea Boilerverhalten ohne Magneeiumeindüeung, entspricht·

Unter diesen Bedingungen erstreckte sich der wärmereflektierende Streifen aus Magnesiumoxyd über eine Höhe von etwa 6,1 m ( 20 feet) von einer Stellung etwa 0,9 m oberhalb der niedrigsten Reihe der ölbrenner bie zu etwa 1,8 m unterhalb des Kanales, der zu den Überhitzern führte.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Betrieb eines mit Öl beheizten Dampferzeugungsboilers, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium in'Form von Teilchen, die durch ein Sieb von etwa 1,6 mm gehen und auf einem Sieb von etwa 150 Mikron aurüokgehalten werden, in die Boilerverbrennungskammer in einer Richtung, die einen Winkel zwischen 30° unterhalb der Waagerechten und 60° oberhalb der Waagerechten ergibt, und in einer Ebene, gesehen in Ansicht der Ebene, die einen Winkel zwischen 45° und 135°·mit der Richtung, in der der Brennstoff eingedüst wird, ergibt, in der Weise eingedüst wird, daß eine wärmereflektierende Schicht von Magnesiumoxyd auf der Oberfläche eines bestimmten. Abschnittes der Verbrennungskammerwandrohre aufrechterhalten wird ·

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß öl aus einer Mehrzahl von Brennstoffeinspritzdüsen in einer Richtung eingedüst wird und das Magnesium in gegenüberstehenden Rieh«· tungen quer über die Brennstoffströme eingedüst wircL

3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Reihen von Brennstoffeinspritzdüsen ange·* wandt werden, wobei die Stellung oder jede Stelle der Eindüsung des Magnesiums in die Verbrennungskammerwändt zwischen

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dem Niveau der niedrigsten Reihe v"4 dem IlYeau der höchsten Reihe der Brennstoffeinspritzdüsen erfolgt·

4· Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daS die Geschwindigkeit, nit der die Magnesiumte Hohen eingedüet werden, und die Größe der Teilohen bezüglich der Verbrennungskammer so gewählt werden, daß die Verbrennung der Teilohen praktisch beendet ist, bevor die verbrennenden Teilchen auf ein Jfiveau unterhalb der niedrigsten Reihe der Brenner abgefallen sind, und daß kein wesentlicher Anteil der Teilchen die Überhitzer oder Wiedererhitzer erreicht·

5· ölbeheizter Dampferzeugungsboiler, bestehend aus einer Verbrennungskammer 10, in diese Kammer eintretende Brennstoffeinspritzdüsen 17 und 18, und Einrichtungen mit Magnesiumeinspritzdüsen 20 bis 23, die in einem Winkel zwischen 30° unterhalb der Waagerechten und 60° oberhalb der Waagerechten und in einer Ebene, gesehen in Ansicht der Ebene, die einen Winkel zwisohen 45 und 135° mit der Richtung der Brennetoffdüsen 17 und 18 ergibt, angeordnet sind«

6· Boiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Brennstoffeinspritzdüsen in einer Richtung any geordnet sind und daß Magnesiumeinspritzdüsen so angeordnet sind, daß das Magnesium in entgegengesetzten Richtungen zu

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