DE2118709A1

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Publication number: DE2118709A1
Application number: DE19712118709
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-04-20
Filing date: 1971-04-17
Publication date: 1971-11-18
Also published as: FR2089827A5; GB1345382A; US3736907A; ES390338A1

Description

Prof. Jacobo Agrest Erlangen, 16.4.71

Buenos Aires, Argentinien Werner-von-Siemens-Straße 50

Mein Zeichen:

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Dampferzeuger mit mindestens einer Brennkammer zur Verbrennung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe

Es wird die Priorität der argentinischen Anmeldung Nr. 228 vom 20. April 1970 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit mindestens einer Brennkammer zur Verbrennung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe sowie mit einem Wasserrohrkessel mit einer Strahlungskammer, die von zwischen einer oberen und einer unteren Trommel verlaufenden Verdampferrohren umschlossen ist.

Bei herkömmlichen Dampferzeugern bereitet es Schwierigkeiten, die Verbrennungsräume so zu gestalten, daß mit gleicher Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe zusammen oder wechselweise verbrannt werden können. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dabei bei einer integrierten Bauweise von Brennkammer und eigentlichem Dampferzeuger.

Durch die im allgemeinen parallelepipedische Form der Verbrennungsräume herkömmlicher Dampferzeuger wird die Flammenentwicklung jedoch nicht begünstigt, da sie sich nicht der Aerodynamik der Verbrennungsräume anpaßt. Deshalb ist es notwendig, an sich überdimensionale Verbrennungsräume zu schaffen, um einen wirtschaftlichen Grad des Ausbrandes zu erhalten, bevor die Verbrennungsgase diese Verbrennungsräume verlassen.

Andererseits ist durch die Geometrie der Brennkammern eine nur

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ungleichmäßige Verteilung insebesondere der strahlenden Wärme über die gesamte wärmeaufnehmende Oberfläche möglich, da die aufgenommene Strahlungswärme eine Punktion des Winkels ist, unter dem jeder Sektor der Brennkammer zum eigentlichen Plammenkörper liegt. Durch diese ungleichmäßige Verteilung müssen je Flächeneinheit der wärmeaufnehmenden Wandungen niedrige mittlere Werte der Strahlungsintensität angenommen werden, um mit Sicherheit Pilmverdampfungszustände zu vermeiden, die ein Rohrverbrennen bedingen wurden. Dies führt zu stark überdimensionierten Strahlungsheizflächen, wodurch die Gesamtkosten der Anlage erheblich ansteigen.

fc Durch diese Überdimensionierung der Brennkammern sinkt aber andererseits auch die Wahrscheinlichkeit eines vollständigen Ausbrandes der Kohleteilchen. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Verbrennung verringert, wodurch andererseits das Verschmutzungsproblem der Luft erhöht wird, so daß Endabscheider erforderlich sind, die -einen zusätzlichen technischen und wirtschaftlichen Aufwand bedeuten.

Perner zeigt die Verteilung der Isothermen längs der Gaswege sehr hohe Spitzen in der Nähe der Öffnungszonen der axialen Brennstoff- und Luftzufuhr und ein Absinken derselben in dem Maße, wie die freigewordene Wärme durch die umgebenden Strahlungsheizflächen absorbiert wird. Die sich bei der Verbrennung * ergebende Asche wird daher Temperaturen ausgesetzt, die höher sind als die, die für die Erweichung, Schmelzung und den Abfluß der Asche notwendig sind. Außerdem erfolgt eine Verdampfung der flüchtigen Anteile, so daß sich dann in den nachgeschalteten kälteren Heizflächen schwierig zu entfernende Schlacken niederschlagen. Darüber hinaus ist die Gestaltung der Gaswege wenig günstig für eine Trennung der mitgeführten Asche und des Rußes und zwingt daher zu einer weiteren Herabsetzung der Grasgeschwindigkeit, um ein Mitreißen und eine erosive Wirkung zu mildern.

Diese Betrachtungen gelten im wesentlichen für die Strahlungs-

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zonen. Ähnliche Probleme treten jedoch in der Konvektionszone auf, wobei hier noch ein größeres Temperaturgefälle der Verbrennungsgase negative Auswirkungen haben kann. Es ist daher wichtig, daß die Strömung der Verbrennungsgase auf der gesamten Strecke senkrecht zu den Rohrbündeln verläuft, so daß die feinen Flugaschen leicht abfallen und abgezogen werden können. Im anderen Falle werden sich diese Flugaschen zwischen den Rohren ablagern und eine isolierende Schicht bilden, so daß sich dadurch der Wärmeübergang erheblich verschlechtert.

Lösungen dieser Probleme sind bereits schon in den argentinischen Patenten Kr. 147 736 und 151 173 vorgeschlagen worden, wobei es sich jedoch nicht um eine integrierte Bauweise von Dampfkesseln und Brennkammer handelt, sondern um getrennte Anordnungen mit möglichst guter Abstimmung aufeinander.

Zusätzliche Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei integrierten Bauweisen, wodurch einerseits zwar eine optimale Raumausnutzung gewährleistet ist, andererseits aber der Strömungsführung und der Anordnung der einzelnen Brennkammern besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger in integrierter Bauweise zu schaffen, mit dem gleichzeitig oder abwechselnd gasförmige, flüssige oder feste Brennstoffe in feinkörniger oder stückiger Form verbrannt werden können und bei dem insbesondere auf einen vollständigen Ausbrand der Brennstoffe und einen geringstmöglichen Ascheanfall Wert gelegt wird.

Die Erfindung geht dabei von einem Dampferzeuger mit dem eingangs geschilderten Wasserrohrkessel aus. Die Erfindung besteht darin, daß im unteren, an die eine Stirnseite des Wasserrohrkessels angrenzenden Bereich eine zylindrische, mit einem Teil der die Strahlungskammer begrenzenden Verdampferrohre ausgekleideten

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nit tansentialen Düsen zur Zuführung

Drehströmungsbrennkammer mit tangentialen Düsen zur Zuführung von Verbrennungsluft und gasförmigen Brennstoffen sowie einem koaxialen, sich kegelförmig in den vorderen Strahlungsraum erweiternden Verbrennungsgasaustritt angeordnet und daß außerhalb des Wasserrohrkessels - angrenzend an die Drehströmungsbrennkammer - eine weitere, mit Wasserrohren ausgekleidete Brennkammer zur Verbrennung fester, stückiger Brennstoffe mit einer von dessen Oberseite ausgehenden und in den Strahlungsraum einmündenden Verbrennungsgasleitung und einem weiteren, in den Brenner der Drehströmungsbrennkammer einmündenden Gasauslaß angeschlossen ist.

Ferner weist der Brenner der Drehströmungsbrennkammer einen tangentialen Einlaß zur Zuführung von Verbrennungsluft und feinkörnigen Brennstoffen auf. Darüber hinaus sind in der Drehströmungsbrennkammer selbst zusätzliche tangentiale Einlasse für feinkörnige Brennstoffe vorgesehen.

Zur Verbesserung des Ausbrandes sind konzentrisch zum Verbrennungsgasauslaß in die Drehströmungskammer und in den Gasauslaß einmündende Luftdüsen angeordnet.

Darüber hinaus kann in der vorderen Strahlungskammer noch ein Brenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe angeordnet sein.

Die innere Lage der den Strahlungsraum begrenzenden Verdampferrohre ist dabei als dichte Packung ausgeführt, während im Raum zwischen dieser Lage und der Außenwandung des Wasserrohrkessels konvektiv beheizte Verdampferrohre mit einem Verbrennungsgaseintritt im an die hintere Stirnwand des Wasserrohrkessels angrenzenden Bereich angeordnet sind.

Durch diese Anordnung und Aufteilung der Brenner ist es einerseits möglich» gleichzeitig gasförmige, flüssige oder feste Brennstoffe zu verbrennen, wobei durch die integrierte und kompakte Bauweise ein Höchstmaß an Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit der gesamten Anordnung erreicht wird.

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An Hand einer schematischen Zeichnung ist der Aufbau und die"Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Dampferzeuger nach der

Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie II-II

nach Fig. 1 durch die Drehströmungsbrennkammer, Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie III-III

nach Fig. 1 durch den vorderen Strahlungsraum, Fig. 4 einen Horizontalschnitt entsprechend der Schnittlinie

IV-IV nach Fig. 1 durch die Drehströmungsbrennkammer, Fig. 5 einen Horizontalschnitt entsprechend der Schnittlinie

V-V nach Fig. 1 durch den oberen Strahlungsraum, Fig. 6 einen Teilschnitt durch den Drehströmungsbrenner nach

Fig. "1 in 'vergrößertem Maßstab und Fig. 7 einen Teilschnitt durch die angeschlossene Brennkammer im Bereich des Aeoheabsugs.

Nach den Fig. 1, ? und ' besteht der Dampferzeuger aus einer oberen Trommel !, >;J ier m.teren Trommel 2 und einer Anzahl von Wasserrohren, die diese beiden Trommeln miteinander verbinden. Dabei bilden die //nnseiroli:·" 3' die Begrenzung des vorderen Strahlungsraumes 37 una die <vasserrohre 3" die Begrenzung des hinteren Strahlungsraumes j6, während die Rohre 35 in der Konvektionszone zwischen der inneren dicht gepackten Rohrreihe 3' bzw. 3" und der äußeren vYandung 4 des Wasserrohrkessels angeordnet sind. Im hinteren, an die Stirnwand 4" angrenzenden Bereich des Strahlungsraumes 56 ist erfindungsgemäß eine zylindrische Drehetrömungsbrennkammer 10 angeordnet, die oberhalb der unteren Trommel 2 verläuft. Wie insbesondere aus Fig. 2 zu i-.rBfi^'m ist, dringen die Wasserrohre 3" des Strahlungsraum'JH 3f. in die ^r<re'vj trnmungsbrennkammer 10 ein und bilden dort, di" Au:;kl ei'hing ^rUir Brennkammer. Diese Drehströmung ^brennkammer iO woi r.;¹:. an ihrem rückwärtigen Ende eine axiale Eint ri t, tfjrjf fnunr 11 f'ir- feinkörnigen Brennstoff auf, der durch *?1η*ίπ Ln Γ Vi f. r'>m iip ^^rf»ri-;?:'-· η wird. Derartiger Brennstoff

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BAD ORIOINAL

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kann ebenfalls durch die tangentialen Öffnungen 13 direkt in die Brennkammer 10 eintreten. Am vorderen Ende weist die Drehströmungsbrennkammer 10 eine Verengung in Porm eines koaxialen Kegelstumpfes 12 auf, die im allgemeinen durch einen Teil der Rohre 3" bzw. 35 gebildet werden kann. Durch diese Verengung 12 ~reten die Verbrennungsgase in den vorderen Strahlungsraum 37 aus. In die Drehströmungsbrennkammer 10 gelangt nunmehr die Verbrennungsluft aus den Luftkammern 31 über die Düsen 32 sowie durch Axialdüsen 15 und Tangentialdüsen 15* , die von einem den Auslaß 12 umgebenden Ringkanal 14 ausgehen, der seinerseits mit den Luftzuführungsräumen 31 in Verbindung steht.

fc Angrenzend an die Brenneröffnung 11 der Drehströmungsbrennkammer 10 ist außerhalb des eigentlichen Wasserrohrkessels 4 eine weitere Brennkammer 20 angeordnet, die innen mit Y/asserrohrezi 21 ausgekleidet ist. Diese Wasserrohre stehen mit einem unteren Sammler 22 und einem oberen Sammler 23 in Verbindung, die ihrerseits an die obere und untere Iroi^el 1 und 2 angeschlossen sind.

Diese zusätzliche Brennkammer 20, die im allgemeinen einen prismatischen Querschnitt aufweist, wird über die Einlaßöffnung 24 mit verhältnismäßig großen Brennstoffstücken gespeist, wobei durch die ventilmäßige Ausbildung 24' der Einlaßöffnung 24 ein Austritt der Gase vermieden wird. In seinem oberen Teil ist die Brennkammer 20 über eine Verbrennungsgasleitung 25 mit dem hinteren Strahlungsraum 36 verbunden, so daß die heißen Gase zusätzlich zur Beheizung des Wasserrohrkessels verwendet werden können. Die Verbindung dieser Brennkammer 20 und der eigentlichen Dr ehströmungsbrennkammer 10 wird durch einen Einlaß 11 gebildet, in dem zusätzlich eine Einspeisevorrichtung für feinkörnige Brennstoffe angeordnet ist, wie das in Fig. 6 näher dargestellt ist. Dabei werden die Brennstoffe und die Verbrennungsluft über eine tangentiale Zuführung 16 der Einlaßöffnung 11 zugeführt, so daß sich in dieser Einlaßöffnung 11 eine Drehströmung ausbilden^ kann.

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Um in dem Dampferzeuger zusätzlich noch flüssige Brennstoffe in zerstäubter Form verbrennen zu können, ist in der Einlaßöffnung 11 für die Drehströmungsbrennkammer 10 ein weiterer Brenner 26 und im vorderen Strahlungsraum 37 ein Brenner 17 angeordnet. Darüber hinaus sind an der vorderen Stirnseite 4-' des Wasserrohrkessels dicht schließende Türen 18 und ein Ascheabzugsystem 19 vorgesehen, die durch einen Schüttrichter 19' ergänzt werden. Die hintere Stirnwand 4" ist mit einer Tür 27 ausgerüstet, die ebenfalls mit einer Aschenauszugsvorrichtung ergänzt werden kann.

Um die gefährdeten Bauteile vor einer vorzeitigen Verbrennung zu schützen, sind, wie aus Pig. 7 zu ersehen ist, beispielsweise die Luftrohre 33 für die zusätzliche Brennkammer 20 durch ein Wasserrohr 30 umschlossen, das ebenfalls den Schüttrichter 33' umschließt.

Die Arbeitsweise des Dampferzeugers sei nun im folgenden beschreiben:

Der Wasserrohrkessel 4 kann zunächst mit dem frontal angeordneten konventionellen Brenner 17 oder durch den Brenner 26 in der bekannten Art durch Einsprühen eines flüssigen Brennstoffes gezündet werden. Nach diesem ersten Schritt oder an Stelle dessen kann die Drehströmungsbrennkammer 10 in Betrieb gesetzt werden, indem staubförmiger oder fein granulierter Brennstoff durch die Tangentialdüsen 13 eingeführt wird. Gleichseitig kann über die Leitung 16 eine Mischung von Luft und Brennstoff in feinkörniger Form in die Drehströmungsbrennkammer 10 eingeblasen werden, die beim Eintritt durch die Zuführungsöffnung 11 dem Weg der Gase folgen, die durch den Brenner 26 erzeugt werden.

Gleichzeitig oder an Stelle der beschriebenen Vorgänge kann die zusätzliche Brennkammer 20 in Betrieb gesetzt werden, wobei fester stückiger Brennstoff durch die Öffnung 24 eingebracht wird und die Zündung in herkömmlicher Weise erfolgt. Damit kann der Wasserrohrkessel mit ^eder beliebigen Art von Brennstoff abwechselnd oder gleichzeitig in Betrieb gesetzt und in Betrieb gehalten werden.

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Die Verbrennungsgase nehmen dabei in allen Fällen den gleichen Weg. Nach dem Austritt aus der Drehströmungsbrennkammer 10 durch den Auslaß 12 beschreiben die Verbrennungsgase einen Bogen von 180° nach oben, wie dies durch den Pfeil 28 in Fig. 1 angedeutet ist, wobei zunächst die Rohre 3' des ersten Strahlungsraumes 37 und anschließend die Rohre 3" des zweiten Strahlungsraumes 36 beheizt werden. Vor der hinteren Stirnwand 4" des Wasserrohrkessels spaltet sich die Rauchgasströmung in zwei Äste auf, wie in Fig. 5 durch die Pfeile 29 angedeutet ist, wobei die beiden Strömungsäste nach einer Wendung von 180° in entgegengesetzter Richtung die konvektiven Rohrgruppen 35 umströmen. Am Ende der Konvektionszone verlassen die Rauchgase an der vorderen Stirnwand 4* den Wasserrohrkessel über die P Abzüge 34 in einen nicht näher dargestellten Schornstein.

. Obwohl die Brennstoffe durch die Form der Drehströmungsbrennkammer und die spezielle Einblasung von Brennstoff und Verbrennungsluft weitgehend ausgebrannt sind, wird eventuell noch mitgeführte Asche durch das große Volumen der Strahlungsräume und die entsprechenden Richtungsänderungen die Asche sicher bereits in den Strahlungsräumen 37 und 36 niedergeschlagen, so daß sie dann durch die Austragsschnecke 19 oder die Tür 27 in der hinteren Stirnwand 4" abgezogen werden kann.

In der Zeichnung ist nur ein Ausführungsbeispiel nach der Erfink dung dargestellt. Es sind jedoch zahlreiche Abänderungen von Einzelheiten nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel innerhalb des Schutzumfangs möglich. So können beispielsweise in der Konvektionszone zwischen den Rohrreihen 35 Leitbleche für die Verbrennungsgase angeordnet sein. Ferner kann die zusätzliche Brennkammer 20 an einer anderen Stelle angeordnet sein, wenn lediglich die Bedingung erfüllt ist, daß die Verbrennungsgasleitung 25 und die Eintrittsöffnung 11 für die Verbrennungsgase der Drehströmungsbrennkammer 10 in der beschriebenen Weise in den eigentlichen Wasserrohrkessel einmünden. Darüber hinaus können die Trommeln 1 und 2 auch durch Vielfachtrommeln ersetzt werden.

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Der "beschriebene Dampferzeuger stellt jedoch im ganzen eine äußerst komptakte Bauform mit integrierten Brennkammern dar, die eine optimale Verbrennung verschiedenster Brennstoffe ermöglichen. Darüber hinaus ist die Verbrennungsgasführung so gelegt, daß eine optimale Ausnutzung der Wärme und Übertragung der Wärme auf die Wasserrohre gewährleistet ist.

6 Patentansprüche

7 Figuren

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Claims

Patentansprüche YPA 71/8942 2 11 η 709

1. {Dampferzeuger mit mindestens einer Brennkammer zur Ver-

V ^trennung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe

sowie einem Wasserrohrkessel mit einem Strahlungsraum, der von zwischen einer oberen und einer unteren Trommel verlaufenden Verdampferrohren umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren, an die eine Stirnseite (4") des Wasserrohrkessels (4) angrenzenden Bereich eine zylindrische, mit einem Teil der den Strahlungsraum (36) begrenzenden Verdampf errohr en (3") ausgekleidete Drehströmungsbrennkammer (10) mit tangentialen Düsen (32) zur Zuführung von Verbrennungsluft und gasförmigen Brennstoffen sowie einem koaxialen, sich kegelförmig erweiternden Verbrennungsgasaustritt (12) in den vorderen Strahlungsraum (37) angeordnet und daß außerhalb des Wasserrohrkessels (4), angrenzend an die Drehströmungsbrennkammer (10), eine weitere, mit Wasserrohren (21) ausgekleidete Brennkammer (20) zur Verbrennung fester, stückiger Brennstoffe mit einer von deren Oberseite ausgehenden und in den Strahlungsraum (36) einmündenden Verbrennungsgas leitung (25) und einem weiteren, in den Brenner (26) der Drehströmungsbrennkammer (10) einmündenden Gasauslaß (11) angeschlossen ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (26) der Drehströmungsbrennkammer (10) einen tangentialen Einlaß (16) zur Zuführung von Verbrennungsluft und feinkörnigen Brennstoffen aufweist.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehströmungsbrennkammer (10) tangentiale Einlasse (15) für feinkörnige Brennstoffe aufweist.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zum Verbrennungsgasauslaß (12) in die Drehströmungsbrennkammer (10) und in den Gasauslaß (12) einmündende Luftdüsen (I5>15^f) angeordnet sind.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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in dem vorderen Strahlungsraum (37) ein Brenner (17) für gasförmige oder flüssige Brennstoffe angeordnet ist.

Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lage (3'»3") der den Strahlungsraum (36,37) begrenzenden Verdampferrohre als dichte Packung ausgeführt ist und im Raum zwischen dieser Lage (3*,3") und der Außenwandung (4) des Wasserrohrkessels konvektiv beheizte Verdampferrohre (35) &1^ einem Verbrennungsgaseintritt (38). im an die hintere Stirnwand (4") des Wasserrohrkessels angrenzenden Bereich angeordnet sind.

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