DE2114912A1

DE2114912A1 - Brennkammer zur Verbrennung gasförmiger, flüssiger oder feinkorniger Brennstoffe

Info

Publication number: DE2114912A1
Application number: DE19712114912
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-03-30
Filing date: 1971-03-27
Publication date: 1972-02-03
Also published as: GB1350263A; ES195287U; US3718122A; ES195287Y; FR2084636A5

Description

21U912

Prof. Jacobo Agrest Erlangen, ·26.3·71

Buenos Aires, Argentinien Werner-von-Siemens-Str. 50

Mein Zeichens

VPA 71/8941 Mes/Di

Brennkammer zur Verbrennung gasförmiger, flüssiger oder feinkörniger Brennstoffe

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer zur Verbrennung gasförmiger, flüssiger oder feinkörniger Brennstoffe, insbesondere für Dampferzeuger, mit Zuführung des Brennstoffes und zumindest eines Teils der Verbrennungsluft in der einen Stirnseite der zylindrisch ausgebildeten Brennkammer und Verbrennungsgasabzug in der anderen Stirnseite unter Ausnutzung der in einer Drehströmung auftretenden Kräfte.

Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad einer Brennkammer ist eine vollständige Verbrennung der Brennstoffe mit möglichst geringer Ruß- oder Aschebildung, was eine gute Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft erfordert. Bei herkömmlichen Brennkammern, bei denen die Verbrennungsluft im ganzen oder in Teilströme aufgeteilt sowie mit oder ohne Turbulenz axial und im Gleichstrom mit den Brennstoffen eingeblasen wird, geht jeder der Luft aufgedrückte Drall rasch verloren, da dieser umgekehrt proportional dem Quadrat der Entfernung von der Brennerspitze abnimmt. Das bedeutet, daß die Verweilzeit der Brennstoffteilchen für einen vollständigen Ausbrand zu gering ist und der Betreiber gezwungen ist, mit hohen IiUftüberschüssen und einer dadurch bedingten Wirkungsgradverschlechterung zu arbeiten, ohne daß jedoch auch dadurch der anfallende Ruß vermindert wird.

Der Anfall derartiger Kohlenwasserstoffrückstände, die am schwersten zu verbrennen sind und in Zonen mit einem geringen

109886/1101 " ² "

21U912

- 2 - VPA 71/8941

Verbrennungssauerstoff anfallen, erfordert einen besonderen Aufwand für das Abführen des angefallenen Rußes, wodurch es jedoch zu einer Diskrepanz zwischen der Forderung nach weitgehender Reinhaltung der Luft einerseits und hohem Wirkungsgrad und hoher leistung der Brennkammer andererseits kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer, zu schaffen, mit der durch einfache Maßnahmen eine vollständige Verbrennung des zugeführten Brennstoffes unter geringem Ascheanfall möglich ist.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Brennkammer eine in Achsrichtung gewellte Innenwandung aufweist und daß in den geweiligen Wellentälern tangential einmündende Düsen für weitere Verbrennungsluft derart angeordnet sind, daß die Düsenauslässe im Bereich der Wellentäler und höchstens in Höhe der Wellenberge enden.

Durch die wellige Form des zylindrischen Feuerungsraumes entstehen zwischen den Wellen Drehströmungswege für die Verbrennung, wodurch eine besonders gute Durchmischung und vollständige Verbrennung erreicht wird. Durch die angenähert isotherme Verbrennung erhält man in diesem Falle eine sehr gleichmäßige Temperatur längs der gesamten Länge der Brennkammer, wodurch sich eine Erhöhung des Wirkungsgrades durch den vollständigen Ausbrand und eine bessere Verdampfung bei Einbau dieser Brennkammer in einen Dampferzeuger ergibt.

Bei der wellenförmigen Ausbildung der Innenwandung kann es zweckmäßig sein, wenn die Wellen der Innenwand wendelförmig in einem oder mehreren geschlossenen Zügen verlaufen. Die Verbrennungsluftdüsen gehen dabei von mehreren, parallel zur Brennkammer verlaufenden und auf der Außenseite derselben angeordneten Rohrleitungen aus, die ihrerseits an einen den Brenner konzentrisch umschließenden Ringkanal für die Verbrennungsluft angeschlossen sind. Da die Verbrennungsluft in diesem Ringkanal vom Feuerungslüfter betrieben wird, ist es möglich, bei entsprechendem Druck

109886/1101

21T4912

- 3 - VPA 71/8941

auf einen Saugzuglüfter hinter der Brennkammer zu verzichten.

Die "beschriebene Brennkammer ist für gasförmige oder flüssige Brennstoffe geeignet, kann jedoch auch für staubförmige Brennstoffe verwendet werden. Dazu ist es zweckmäßig, wenn in der Nähe des Brenners eine tangential in die Brennkammer einmündende Zuführungsleitung auch für grobkörnigere feste Brennstoffe vorgesehen ist.

Zur Erhöhung des Ausbrandes, insbesondere im hinteren Teil der Brennkammer, können konzentrisch zum VerbrennungsgasauBlaß in der die Brennkammer abschließenden Stirnfläche zusätzlich noch in die Brennkammer einmündende luftzuführungsdüsen angeordnet sein.

Die beschriebene Brennkammer eignet sich besonders für Dampferzeuger kleiner Einheitsleistung, wobei kalorische Wirkungsgrade erhalten werden, die bisher nur in Einheiten größerer Abmessungen möglich waren.

Dabei ist besonders ein Einbau der Brennkammer in einen Dampferzeuger mit Rauchrohren liegender Bauart zweckmäßig, wobei die Brennkammer exzentrisch von einem zylindrischen Druckwasserkessel umschlossen ist und eine Rauchgasumlenkkammer zur Versorgung der von dort ausgehenden und den Wasserkessel auf seiner gesamten Länge durchsetzenden Rauchgasrohre des zweiten Zuges und eine weitere Umlenkkammer auf der Brennerseite für die Umlenkung der Rauchgase von den Rauchgasrohren des zweiten in die des dritten Zuges sowie einem Abgaskamin am Ende des dritten Zuges aufweist. Dabei verlaufen dann die Luftzuführungsrohre innerhalb des Druckwasserkessels und werden vom Wasser umspült, so daß dadurch eine Vorwärmung der zusätzlichen Verbrennungsluft gewährleistet ist.

An Hand einer schematischen Zeichnung .sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht des Rauchrohrkessels, Pig. 2 einen Querschnitt parallel zur Ebene der Pig. I und etwa in der Mitte der axialen Länge der Brennkammer,

109886/1101 - 4 -

Fig. 3 einen Teilquerschnitt entsprechend der Schnittlinie III-III nach Fig. 2 und

Fig. 4 einen Längsschnitt des Kessels entsprechend der Schnittlinie IV-IV nach Fig. 2.

In der Zeichnung ist dabei ein Ausführungsbeispiel dargestellt, "bei dem die Brennkammer nach der Erfindung in einen Rauchrohrkessel integriert ist. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht der Dampfkessel dabei aus einem zylindrischen Gehäuse 35 mit einer kreisförmigen Stirnfläche 19 und einem Stützlager 19'.

Wie aus den Fig. 2 und 4 zu entnehmen ist, ist exzentrisch zum Gehäuse 35 eine Brennkammer 1 mit gewellter Innenwandung angeordnet und durch eine vordere Stirnplatte 4 und eine hintere Stirnplatte 5 begrenzt. Ferner weist der Dampferzeuger eine Gruppe von Rauchrohren 15 im zweiten Zug und eine Rohrgruppe 15* im dritten Zug auf, die nicht über den obersten Wasserstand 15" des Kessels 35 hinausragen.

Hinter der rückseitigen Stirnwand 5, die gleichzeitig als Rohr-■feoden für die Rauchrohre 15 des zweiten Zuges und zur Aufnahme des Rauchgasaustrittes 9 dient, ist eine Umkehrkammer 11 und eine Austrittskammer 30 für die Rauchgase angeordnet, von der aus dann der nicht näher dargestellte Schornstein ausgeht. Vor der vorderen Stirnwand 4 befindet sich eine weitere Umkehrkammer 29, die die Rohre 15 und 15' des zweiten und dritten Zuges miteinander verbindet.

Parallel zur Brennkammer 1 und auf der Außenseite derselben verlaufen Luftzuführungsrohre 2, von denen über die radial einmündenden Abzweigrohre 2' die die Innenwandung durchsetzenden Tangentialdüsen 3 mit Verbrennungsluft versorgt werden. Diese Düsen 3 sind dabei in den Wellentälern der Brennkammerwandung 1 derart angeordnet, daß sie nicht über die Wellenberge hinausragen. Die Luftzuführungsrohre 2 gehen vor der vorderen Stirnplatte 4 von einem ringförmigen Sammler 6 aus, der über eine Rohrleitung 6· mit einem Lüfter 7 für die Verbrennungsluft verbunden ist. Am hinteren Ende sind die Luftzuführungsrohre 2 in

109886/1101 ~ ⁵ "

- 5 - VPA 71/8941

der hinteren Stirnwand 5 mittels Stopfen 8 verschlossen, wo-"dureh eine Revision und Reinigung der Luftzuführungsrohre möglich ist.

Die Austrittsöffnung 9 für die Rauchgase weist einen geringeren Durchmesser als die Brennkammer 1 auf und kann in Beton oder feuerfesten Ziegeln ausgeführt sein. Dabei, kann diese Austrittsöffnung 9 ein Stück in die Brennkammer 1 hineinragen und zusätzlich von Wasserrohren gekühlt sein. Die über den Austritt 10 in die Umlenkkammer 11 gelangenden Aschen der eventuell verfeuerten festen Brennstoffe können über ein Mannloch 12 aus der Umlenkkammer 11 entfernt werden.

Zusätzlich können in der Stirnwand 5 im an die Austrittsöffnung 9 angrenzenden Bereich zusätzlich noch Kanäle vorgesehen sein, durch die über die Düsen 17 Tertiärluft in die Brennkammer 1 eingeblasen werden kann, wodurch die Verbrennung der Brennstoffe weiter verbessert wird. Außerdem kann über die Düsen 18 im Gegenstrom zurückkehrende Axialluft eingebracht werden, die eine Rückkehr jener Teilchen in die vorderen Verbrennungszonen begünstigt, die noch nicht verbrannt sind und somit in der Zone der axialen Nullkomponente der Geschwindigkeit rotieren.

In der vorderen Stirnwand 19 ist die eigentliche Brennerdüse 22 aus feu,erfestern Material angeordnet, die über als Leitschaufeln ausgebildete Luftklappen 21 und einer Blende 20 mit dem Ringsammler 6 in Verbindung steht und von dort mit Verbrennungsluft versorgt wird. Der Zugang zum Brenner und eine mögliche Reinigung ist durch die gekühlte Tür 23 möglich. Ferner sind in der Stirnfläche 19 Schau- und Zündöffnungen 25 und 26 bekannter Bauart angeordnet.

Wenn mit der beschriebenen Brennkammer staubförmige feste Brennstoffe verbrannt werden sollen, die in dem primär eingeblasenen Luftstrom schwebend gehalten werden können, so ist es zweckmäßig, entsprechend Fig. 1 eine Zuleitung 27 tangential zur Brennkammer 1 vorzusehen. Diese Leitung führt durch die äußere Kesselwand 35 na^h außen und kann innen mit einem Metallfutter 28, das

10 9 8 8 6/1101 - 6 -

21U912

- 6 - VPA 71/8941

einen hohen Widerstand gegenüber Abresion aufweist, ausgekleidet sein. Sowohl die Kammer'29 zwischen dem zweiten und dem dritten Zug wie auch der Gasaustritt 30 sind mit Türen für leichten Zugang und Aschesammeltrichtern 31 und 32 ausgerüstet, in denen sich die Asche durch die Umlenkung um 180 bzw. 90° leicht absetzt. Diese Aschesammeltrichter sind mit Zahnstangenschiebern 33, 34 ausgerüstet, welche ein leichtes Öffnen und gute Luftdichtigkeit für einen einwandfreien Abzug der feinen Rückstände der festen Brennstoffe gewährleisten.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Brennkammer ist nunmehr folgende: Sobald der Brennstoff, der gasförmig, flüssig oder fest in kleinen Stücken durch die tangentiale öffnung 27 nach Pig. 1 in die Brennkammer 1 eingebracht und der Lüfter 7 in Betrieb gesetzt ist, wird die bekannte Drehströmungsverbrennung eingeleitet. Der genannte Ventilator 7 fördert über die Rohrleitung 6' Druckluft zum Ringsammler 6, durch den die Luft in die Luftzuführungsrohre 2 geführt wird, dann die Sekundärrohre 2· durchströmt und tangential aus den Düsen 3 zwischen den Wellenringen der Brennkammerwindung in die eigentliche Brennkammer austritt. Durchdie sich ergebende Strömungsform wird der Brennstoff viel besser ausgenützt, als wenn er nur durch den Zerstäuber 24 in der Brennerdüse 22 eingeblasen würde. Die übrige Arbeitsweise, beginnend in dem Augenblick, in dem die Verbrennungsgase durch die Austrittsöffnung 9 an der hinteren Stirnwand 4 ausströmen, ist die gleiche, wie bei herkömmlichen Rauchrohrkesseln, lediglich mit dem Unterschied, daß sich eventuell entstehende Asche weder in der Brennkammer 1 noch in den Rohren 15 und 15' wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Gase und der in der Schwebe gehaltenen Teilchen absetzen. Die Asche lagert sich vielmehr in den Umkehrkammern 11 und 29 sowie in der Austrittskammer 30' ab, von wo aus sie leicht abgezogen werden kann, da ihr unterer Teil in Form von Trichtern 32 ausgebildet ist. Bei einem größeren Ascheanfall können die genannten Trichter durch entsprechende Vorrichtungen ersetzt werden, die beispielsweise gekühlte Austragsschnecken umfassen, sowie Drehschieber, die sweckmäßigerweise in der Umkehrkammer 11 angeordnet werden und

„ γ _ 109888/1101

21H912

- 7 - VPA 71/8941

unterhalb des Verschlusses der Reinigungstür 12 gegenüber dem Stopfen 8 liegen.

Mit der beschriebenen Brennkammer nach der Erfindung ist es also möglich, auch bei Kesseln kleiner Leistung einen hohen Wirkungsgrad zu erhalten, wobei die Brennstoffe vollständig ausbrennen und die T emp era turv er teilung entlang der Brennkammerwandung gleichmäßig verläuft. Dabei ergibt sich eine besonders kleine integrierte Bauart mit gleichzeitiger strahlender und konvektiver Absorption der freigesetzten Wärme im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen getrennte Züge für strahlende und koovektive Absorption vorgesehen sind und die einen erheblich größeren Bauaufwand erfordern,

7 Patentansprüche
4 Figuren

109886/1101

Claims

21H912

- 8 -■ VPA 71/8941

Pat ent an s prüch e

l.J Brennkammer zur Verbrennung gasförmiger, flüssiger oder feinkörniger Brennstoffe, insbesondere für Dampferzeuger, mit Brennstoffzuführung und teilweiser Verbrennungsluftzuführung in der einen Stirnseite der zylindrisch ausgebildeten Brennkammer und Verbrennungsgasabzug in der anderen Stirnseite unter Ausnutzung der in einer Drehströmung auftretenden Kräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) eine in Achsrichtung gewellte Innenwandung aufweist und daß in den jeweiligen Wellentälern tangential einmündende Düsen (3) für weitere Verbrennungsluft derart angeordnet sind, daß die Düsenauslässe (3) im Bereich der Wellentäler und höchstens in Höhe der Wellenberge enden.

Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Innenwandung wendelförmig in einem oder mehreren geschlossenen Zügen verlaufen.

Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftdüsen (3) von mehreren, parallel zur Brennkammer (1) verlaufenden und auf der Außenseite derselben angeordneten Leitungen (2) ausgehen, die ihrerseits an einen den Brenner (22) konzentrisch umschließenden Ringkanal (6) für die Verbrennungsluft angeschlossen sind.

Brennkammer nach einem der Ansprüche 2 bis 3, gekennzeichnet durch eine in der Nähe des Brenners (22) tangential in die Brennkammer einmündende Zuführungsleitung (27) für feste Brennstoffe.

Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zum Verbrennungsgasauslaß (9) in der die Brennkammer (1) abschließenden Stirnfläche (5) in die Brennkammer (1) einmündende Luftzuführungsdüsen (17;18) angeordnet sind.

Brennkammer naeh einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Einbau der Brennkammer (1) in einem Dampferzeuger (35) mit Rauchrohren (15,15') liegender Bauweise derart, daß die

- 9 -109886/1101

- 9 ~ YPA 71/8941

Brennkammer (1) exzentrisch von einem zylindrischen .Druckwasserkessel (35) umschlossen ist und an der Verbrennungsgasaustrittsseite (5) eine Rauchgasumlenkkammer (11) zur Versorgung der von dort ausgehenden und den Wasserkessel (35) in seiner gesamten Länge durchsetzenden Rauchgasrohre (5¹IS") des zweiten Zuges und eine weitere Umlenkkammer (29) auf der Brennerseite (4) für die Umlenkung der Rauchgase von den Rauchgasrohren des zweiten in die des dritten Zuges sowie einen Abgaskamin am Ende des dritten Zuges aufweist.

Brennkammer nach Anspruch 3 und 6, dadurch'gekennzeichnet, daß die Luftzuführungsrohre (2) innerhalb des Druckwässerkessels (35) verlaufen und vom Wasser umspült sind.

109886/1101

ORlOtNAL INSPECTED