DE1923785B2 - Vorrichtung zum erhitzen von fluessigkeiten - Google Patents

Description

abströmenden Rauchgasen und der zu erhitzenden Flüssigkeit. Dies führt zu einer erheblich besseren Wärmeausnutzung, als bei der bekannten, ein Wirbelbett enthaltenden Vorrichtung erreichbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Diese stellen dar

Fig. 1 den vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführ--"isform nach der Linie I-I der Fig. 3, aber mi. . nigen der Klarheit wegen verlegten Teilen,

F i g. 2 den vertikalen Schnitt nach der Linie II-II der F i g. 3,

F i g. 3 den horizontalen Schnitt nach der Linie ΙΙΙ-ΪΊΙ der Fig. 1 mit weggelassenen Teilen,

F i g. 4 den vertikalen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform nach der Linie TV-IV der Fig. 6.

Fig. 5 die vertikale Ansicht eines Teiles der in der F i g. 4 dargestellten Vorrichtung, in der Riehtung des Pfeiles in der F i g. 4 gesehen,

Fig. 6 den horizontalen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4,

F i g. 7 die schematische Draufsicht von oben in die Brennkammer einer dritten Ausführungsform,

F i g. 8 den schematischen Schnitt nach der Linie VHI-VTII der Fig. 7.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen Wasserkessel mit Flüssigkeitsraum 1 und dessen Ummantelung 1 a, die eine am Boden durch eine flache Scheibe 2 und oben durch einen gewölbten Deckel 3 begrenzte Kammer einschließt. Eine Brennkammer 4 ruht auf einer kegelstumpfförmigen Tragplatte 5, die mit dem unteren Teil der Wand 6 der Brennkammer und mit der Innenseite der Ummantelung 1 α verschweißt ist.

Die Wand 6 der Brennkammer besteht aus einem unteren zylindrischen Teil 7, der durch einen oberen, kegelstumpfförmigen Teil 9 mit einem koaxialen, zylindrischen Auslaßteil 8 verbunden ist, und aus einem gewölbten Deckel 10. Das untere Ende der Brennkammer 4 ist durch eine horizontale Verteilerplatte 11 abgeschlossen, die Löcner hat, deren jedes eine (nicht abgebildete) Rückschlagvorrichtung aufweist, die das Durchfallen fester Teilchen verhindert. Die Verteilerplatte 11 wird von einem hohJzylindrisehen Teil 12 getragen, der unten einen nach außen gerichteten Flansch 13 hat, der an einem ähnlichen Flansch 14 am unteren Ende der Wand 6 verbunden ist. Ein hohles, zylindrisches Windgehäuse 15 ist mit dem hohlzylindrischen, unter der Verteilerplatte 11 gelegenen Teil 12 ausgerichtet. Luft kann in das Windgehäuse 15 durch die Luftzuführleitung 16 einströmen.

Ein Einlaßrohr 17 für festen Brennstoff, z. B. feinzerkleinerte Kohle, führt in die Brennkammer 4 und erstreckt sich dabei durch öffnungen in dem Windgehäuse 15 und in der Verteilerplatte 11. Das Einlaßrohr 17 endet oben in einem T-Stück 18, das dicht über der Verteilerplatte 11 liegt, und die Arme des T-Stücks erstrecken sich horizontal und sind an ihrem Ende offen.

Von einer öffnung in dem kegelstumpfförmigen Teil 9 der Wand der Brennkammer 4 geht ein schräg nach unten gerichtetes, einen Überlauf bildendes Rohr 19 aus, durch das der Spiegel des im unteren Teil der Brennkammer 4 befindlichen Wirbelbetts auf konstanter Höhe gehalten wird.

Durch den unteren Teil der Wand 6 der Brennkammer 4 erstrecken sich Rohre 20, deren beide

Enden etwas über die Wand vorstehen. Die an beiden Enden offenen Rohre 20 verlaufen parallel zueinander und sind in vier Reihen übereinander angeordnet. Die Achsen der Rohre 20 jeder Reihe liegen in einer zur Horizontalen um einen Winkel von etwa 10° geneigten Ebene. Auch jeder andere zwischen 5 und 20° liegende Winkel ist brauchbar. Die Rohre jeder Reihe haben einen solchen Abstand voneinander, daß die Entfernung der Achsen benachbarter Rohre etwa zweimal so groß ist, wie der Außendurchmesser der Rohre. Die Rohre 20 benachbarter Reihen sind seitlich zueinander versetzt, so daß in den durch die Rohrachsen gelegten vertikalen Ebenen die Rohrachsen abwechselnder Rohrreihen liegen. Diese vertikalen Ebenen haben voneinander den gleichen Abstand. Die horizontalen, die Achsen der Rohre je einer Reihe ntliallenden Ebenen haben voneinander einen Absta: d, der angenähert dem Außendurchmesser der Rohre gleich ist.

Die Verbrennungsgase verlassen die Brennkammer 4 durch Rauchrohre 21, die rund um die Brennkammer gewickelt sind und die dabei von Löchern im oberen Teil 8 der Brennkammer zu Löchern in der Tragplatte 5 führen. Die Verbrennungsgase treten aus dem unter der Tragplatte 5 gelegenen Raum durch eine Auslaßöffnung 26 aus.

Die Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: In den zwischen der Ummantelung 1 und der Brennkammerwand 6 gelegenen Raum wird Wasser in soleher Menge zugeführt, daß es den Deckel 10 der Brennkammer 4 überragt. In die Brennkammer wird eine Schicht aus inerten Teilchen, z. B. zerkleinerten Ziegelsteinen, mit einem maximalen Durchmesser von etwa 3 mm gebracht, und durch die Luftz j fahrleitung 16 wird Druckluft in das Windgehäuse 15 und durch die Verteilerplatte 11 nach oben durch das Wirbelbett in der Brennkammer 4 geleitet. Die Menge der zugeführten Druckluft wird so eingestellt, daß die Materialschicht ein Wirbelbett bildet, und durch das Einlaßrohr 17 wird eine geregelte Menge fein zerkleinerter Kohle mit einem maximalen Durchmesser der Einzelteilchen von etwa 6 mm pneumatisch der Brennkammer 4 zugeführt. Drei (nicht dargestellte) Gasbrenner dienen zum Entzünden der Kohle.

Die Menge der zugeführten Kohle wird so beinessen, daß die Kohle nur einen kleinen Gewichtsanteil des Wirbelbetts ausmacht.

Der Hauptanteil (etwa 95 % des Gewichtes) der anfallenden Asche hat die Form von kleinen Par-

so tikeln, die mit den Verbrennungsgasen abgeführt werden, und nur der Rest besteht aus größeren Teilchen, die zurückgehalten werden, bis sie durch Abreibung kleine' geworden sind.

Der über den Siederohren 20 gelegene Spiegel des Wirbeibetts wird durch ein Überlaufrohr 19 konstant gehalten. Das durch das Überlaufrohr nach unten gefallene Material wird periodisch entfernt.

Die in der Brennkammer 4 entwickelte Wärme wird an das Wasser übertragen, das in die Siederohre 20 an derem unteren Ende eintritt und die Siederohre als Folge des veränderten spezifischen Gewichtes durchströmt. Während dieses Durchströmens kommt das Wasser zum Sieden, und die in dem Wasser enthaltenen Dampfblasen erhöhen seine Durchflußgeschwindigkeit durch die Siederohre. Die die Brennkammer durch die schraubenförmig gewundenen Rauchrohre 21 verlassenden Abgase geben gleichfalls Wärme an das Wasser ab. Typisch

für die Vorrichtung verlassen die Abgase die Brenn- Scheibe 36, der außerhalb des Loches liegt, das zu

kammer mit einer Temperatur von etwa 800° C, dem unteren Teil 34 der Brennkammer führt. Die

durchströmen die von Wasser umgebenen Rauch- Achsen der Rohre 38 liegen angenähert im gleichen

rohre 21 und verlassen diese mit einer Temperatur Abstand voneinander, und die Rohre sind in einem

von etwa 250° C. Die Wassertemperatur beträgt etwa 5 Kreiszweieck angeordnet, das in dem weitesten Teil

160° C. des ringförmigen Teiles 39 liegt, wobei das mittlere

Der erzeugte Dampf verläßt den Dampfkessel Gebiet frei von Rohren ist.

durch ein Ventil 22. Das Ersatzwasser wird in den Die unteren Enden der Rohre 38 stehen über eine

Dampfkessel durch ein Ventil und ein Rohr 23 ein- übliche Rauchkammer mit einer zweiten Gruppe

gespeist, das von dem Deckel 10 des Brennraumes io von Rohren 40 in Verbindung, die, wie aus de

getragen wird und das ein verschlossenes Ende 24 F i g. 6 ersichtlicli ist, um die Brennkammer 29

und eine durchlöcherte Wand 25 aufweist. herum in zwei bogenförmigen Teilgruppen angeord-

Die in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellte zweite net sind. Die Rohre40 verbinden Löcher in der

Ausführungsform des Dampfkessels entspricht im kreisförmigen Lagerplatte 31 mit Löchern in der

Prinzip der ersten Ausführungsform, jedoch ist die 15 kreisförmigen Abdeckplatte 32. Die oberen Enden

Anordnung der Rauchrohre eine andere, und auch der Rohre 40 stehen mit einer dritten Gruppe von

die Form der Brennkammer und der Ummantelung Rohren 41 über eine übliche Rauchkammer (nicht

ist abgewandelt. dargestellt) in Verbindung. Diese Rohre 41 führen

Die Vorrichtung besteht aus einer eine zylindri- von Löchern in der kreisförmigen Abdeckplatte 32

sehe Wand 28 aufweisenden Ummantelung 27, deren ao zu Löchern in der kreisförmigen Lagerplatte 31, und

Boden und Deckel nicht dargestellt sind. Die Um- sie sind in zwei bogenförmigen, je zwei Rohre tiefen

mantelung 27 umschließt eine Brennkammer 29, Gruppenhälften angeordnet. Die Bögen der Grup-

deren Wand 30 von einer kreisförmigen Lagerplatte penhälftf ι der Rohrgruppen 40 und 41 liegen so,

31 getragen wird, die mit der Innenseite der Um- daß die Abstände zwischen den beiden Bögen zu den

mantelung 27 und mit der Wand 30 der Brennkam- 25 ähnlichen Abständen zwischen den beiden Gruppen-

mer 29 verbunden ist. Oberhalb der Brennkammer hälften der Rohre 38 ausgerichtet sind.

29 ist mit der zylindrischen Wand 28 der Ummante- Die Vorrichtung nach der zweiten Ausführungs-

lung 27 eine kreisförmige Abschlußplatte 32 verbun- form ist dem der ersten Ausführungsform ähnlich,

den. In den F i g. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungs-

Die Wand 30 der Brennkammer 29 besteht aus 30 form dargestellt, in der die Siederohre 20 durch zwei zylindrischen Teilen, von denen der obere Teil U-förmig gebogene Rohre 60 ersetzt sind, die je aus 33 einen größeren Durchmesser hat und oben durch einem lotrechten mittleren Teil und zwei daran aneine flache Scheibe 35 verschlossen ist und am Boden geschlossenen, schräg und radial verlaufenden Teieine flache Scheibe 36 mit einem außermittigen Aus- len bestehen. Je zwei solcher Rohre liegen in einer schnitt aufweist. Der untere Teil 34 paßt in den 35 gemeinsamen radialen Ebene. Wasser oder eine anAusschnitt in der flachen Scheibe 36. Wie bei der dere Flüssigkeit tritt wie bisher an dem unteren Ende ersten Ausführungsform der Vorrichtung weist die jedes Rohres ein.

Brennkammer 29 nahe ihrem unteren Ende eine Obgleich die Erfindung in Verbindung mit dem

übliche, ein Windgehäuse abschließende Verteiler- Erhitzen von Wasser oder der Erzeugung von Was-

platte und ein Kohleeinlaßrohr auf. Diese Einzel- 40 serdampf beschrieben wurde, kann sie auch dann an-

heiten sind in den F i g. 4 bis 6 nicht dargestellt. gewendet werden, wenn eine andere Flüssigkeit erhitz)

Durch den unteren Teil der Wand 30 der Brenn- oder verdampft werden soll.

kammer gehen Rohre 37 hindurch, die in ähnlicher Obgleich ein unter dem Einfluß der Erwärmung

Weise angeordnet sind, wie die Siederohre 20 in den vor sich gehender Durchlauf der Flüssigkeit durch

F i g. 1 bis 3. 45 die Siederohre beschrieben wurde, umfaßt cue Er-

Die Verbrennungsgase verlassen die Brennkam- findung auch den durch eine Pumpe bewirkten

mer 29 durch drei Gruppen von geraden» lotrechten Durchlauf. An der Stelle von festem Brennstofi

Rauchrohren 38, 40, 41. Die Rauchrohre 38 vertan- können auch flüssige oder gasförmige Brennstoff«

den die kreisförmige Lagerplatte 31 mit dem ring- verwendet werden. In diesem Fall besteht das Wir·

förmigen Teil 39, d. h. mit dem Teil der flachen so belbett ausschließlich aus inerten Teilchen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

zylindrischen Teil einer Brennkammer mündet, an Patentansprüche: die sich ein weiterer zylindrischer Teil von kleinerem Durchmesser anschließt. Die Brennkammer ist von

1. Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkei- einer gleichfalls zylindrischen Flüssigkeitskammer ten, mit einer zweiteiligen Brennkammer, in deren 5 umschlossen, in der die von dem zweitgenannten erstem ±eil die Verbrennung des Brennstoffes Teil der Brennkammer ausgehenden Rauchgasrohre erfolgt und von deren zweitem Teil Rauchgas- verlaufen. Die Strömungsrichtung in dea Rauchrohre ausgehen, und mit einer die Brennkammer gasrohren verläuft entgegengesetzt zur Strömungsumgebenden, die zu erhitzende Flüssigkeit ent- richtung in der Brennhammer.

haltenden Kammer, wobei die Rauchgasrohre i° Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den

innerhalb dieser Flüssigkeit verlaufen, da- Wirkungsgrad einer solchen mit einer Brennkam-

durch gekennzeichnet, daß der Brenn- mer ausgestatteten Vorrichtung zum Erhitzen von

stoff in dem ersten Teil der Brennkammer (4,29) i^üssigkeiten ohne Zuhilfenahme eines besonders

in bei Vorrichtungen zum Erhitzen von Flüssig- großen Bauaufwandes zu verbessern,

keiten bekannter Weise in einem Wirbelbett ver- »5 Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß bei einer

brannt wird und daß durch diesen Teil der Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten der

Brennkammer Flüssigkeitsrohre (20, 37) hin- eingangs beschriebenen Bauart der Brennstoff in dem

durchgehen, oie von der Flüssigkeitskammer (1) ersten Teil der Brennkammer in einem Wirbelbett

ausgehen und wieder in diese einmünden. verbraunt wird und daß durch diesen Teil derBrenn-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kammer Flüssigkeitsrohre hindurchgehen, die von kennzeichnet, daß die Flüssigkeitsrohre (20, 37) der Flüssigkeitskammer ausgehen und wieder in mindestens auf einem Teil ihrer in der Brenn- diese einmünden.

kammer (4, 29) gelegenen Länge und/oder ihrer Die Verbrennung eines Brennstoffes in einem aus der Brennkammer ausgetretenen Länge Wirbelbett unterscheidet sich von der herkömmgeradlinig verlaufen und unter einem spitzen ²5 liehen Verbrennung wesentlich dadurch, daß die Winkel zur Horizontalen geneigt sind. Verbrennung nicht nur in Gegenwart von Luft oder

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- eines anderen sp'jerstoffhaltigen Gases, sondern auch kennzeichnet, Jaß der Neigungswinke) zwischen In engem Kontakt mit Partikeln erfolgt, die aus oxy-5 und 20° liegt. dierenden Katalysatoren oder Verbrennungsrück-

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da- 30 ständen, z. B. Asche, bestehen. Auf Grund der techdurch gekennzeichnet, daß d r innerhalb der nischen Natur der Wirbelbettverbrennung ist jedes Brennkammer gelegene Teil der Flüssigkeitsrohre Brennstoffteilchen wirksam von Luft umgeben, was (60) U-förmig verläuft. für eine wirksame Verbrennung von größter Wich-

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden tigkeit ist. Dabei findet in dem Wirbelbett eine Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 35 maximale Wärmeerzeugung stat*
Flüssigkeitskammer (1) die Brennkammer (4, 29) Es ist bekannt, eine Flüssigkeit durch Wärmeoben überragt und daß der Spiegel der in der tausch mit einem Wirbelbett aus kleinen inerten Flüssigkeitskammer enthaltenen, zu erhitzenden Teilchen und feinverteiltem, in der Verbrennung beFlüssigkeit höher liegt als der höchste Punkt der findlichem Brennstoff zu erhitzen, wobei das Wirbel-Brennkammer. 40 bett durch einen aufwärts gerichteten Gasstrom, der

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden durch das Wirbelbett hindurchgeht, aufrechterhalten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wird. Auch Vorrichtungen zum Erhitzen von Flüs-Rauchrohre (21) zu einem die Einlaßleitung (16) sigkeiten mit Hilfe eines in einem Wirbelbett verfür die Zuführung des das Wirbelbett aufrecht- brannten Brennstoffes gehören zum Stand der Techerhaltenden Gases umschließenden Raum füh- 45 nik. Eine bekannte solche Vorrichtung besteht aus ren, um dieses Gas vorzuwärmen. drei nebeneinander gelegenen Brennkammern, denen

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden von unten durch Verteiler Brenngas bzw. Luft zuge-Ansprüche, gekennzeichnet durch ein von der führt wird. Die Brennkammern sind von einem zerBrennkammer (4) ausgehendes, den Spiegel des kleinerten, katalytischen Material erfüllt, das durch Wirbelbetts konstant haltendes Überlaufrohr 50 den aufsteigenden Gasstrom in Wirbelung versetzt (19). wird. Ein die zu erhitzende bzw. zu verdampfende

Flüssigkeit enthaltendes Rohr durchläuft der Reihe nach in je einer Schlangenwindung das Wirbelbett

der drei Brennkammern und mündet dann nach

55 außen. Es gibt hier keine die Brennkammern umgebende Flüssigkeitskammer, was einen verhältnis-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Er- mäßig großen Wärmeverlust der in dem Wirbelbett hitzcn von Flüssigkeiten, mit einer zweiteiligen erzeugten Wärme durch die Wände der Brennkam-Brennkammer, in deren erstem Teil die Verbrennung mern hindurch zur Folge hat.
des Brennstoffes erfolgt und von deren zweitem Teil 60 Unterschiedlich hierzu geht bei der Vorrichtung Rauchgasrohre ausgehen, und mit einer die Brenn- nach der Erfindung die durch die Wände der Brennkammer umgebenden, die zu erhitzende Flüssigkei: kammer hindurchgetretene Wärmemenge nicht verenthaltcnden Kammer, wobei die Rauchgasrohre loren, sondern wird von der in der die Brennkammer innerhalb dieser Flüssigkeit verlaufen. rings umgebenden Flüssigkeitskammer enthaltenen, Es ist eine Vorrichtung zum Erhitzen von mit 65 zu erhitzenden Flüssigkeit aufgenommen. Ferner großer Geschwindigkeit strömenden Flüssigkeiten bewirken bei der neuen Vorrichtung die innerhalb bekannt, deren für flüssige oder gasförmige Brenn- der Flüssigkeitskammer verlaufenden Rauchgasrohre sui-'ie bestimmter Brenner üblicher Bauart in den einen zusätzlichen Wärmeaustausch zwischen den