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Verfahren zur Staubabscheidung in Dampferzeugeranlagen und Einrichtung
zur Anwendung dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Abscheiden fester Teilchen unterschiedlicher Körnung und unterschiedlicher Konzentration
aus Hefzgasströmen von Kesseln, insbesondere Dampfkesseln, durch Fliehkrafteinwirkung,
wobe das Gas-Festteilchen-Gemisch um etwa 90° gegenüber der ursprünglichen Strömurssrlchtung
umgelenkt und danach an einem Trennblech mit Aschentrichter vorbeigeführt wird.
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Das Problem, das durch die Erfindung gelöst wird, ist dadurch gegeben,
daß bei der Verfeuerung von ballastreicher Kohle mit Kohlestaubbrennern teilweise
10 bis 20 des Brennstoffgewichtes als Quarzsand in die Dampferzeugeranlage gelangen.
Je nach Art des Brennraumes beträgt der Ersteinbindegrad der unbrennbaren Bestandteile
15 bis 85%.
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Der kleinere Wert gilt für eine trockene Kohlestaubfeuerung, der größere
Wert für eine Schmelzkammerfeuerung mit Schrägzyklon.
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Der Rest der unbrennbaren Bestandteile wird als Flugasche durch die
Kesselanlage vom Rauchgas mitgetragen. Auf dem Flugweg prallt der Staub auf Kesselwände,
Heizflächen und Absperrorgane. Dabei entsteht Verschleiß durch Erosion.
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Ferner gelangt ein beträchtlicher Anteil der Festteilchen kleinster
Körnung durch den Schornstzin In die Umgebungsluft
bzw. belastet
auf dem Weg zum Schornstein nachgeschaltet Feinfilter.
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Es gehört zum allgemeinen Stand der Technik, zur Lösung dieses Problems
den Staub gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt der Rauchgaskanäle zu verteilen,
die Geschwindigkeit des Staubes abzubremsen oder die Kesselbauteile.
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mit Armierungen. zu schlitzen, Durch theoretische Überlegungen und
auch praktische Versuche ist ferner bekannt geworden, daß die Staubbeladung auf
dem Weg desRauchgasstromes durch den Dampferzeuger nach Umlenkungen auf dem Außenradius
besonders groß ist, da die Staubteilchen bei gekrümmter Gasbahn durch Fliehkrafteinfluß
zu größeren Radien getragen werden. Man hat diese Erscheinung ausgenützt und nach
einer Umlenkung Trägheitsabsetzkammern angebracht, um damit eine Staubabscheidung
herbeizuführen. (Stand der Technik: Recknagel "Zur Sandverteilung in den Rauchgasströmen.
von Braunkohlekesseln" Mitteilungen der VGB, 1967 <Heft Nr. 107, Seite.127/132)0
Als.nachteilig wird bei den bisher vorgeschlagenen Abscheideverfahren angesehen,
daß die erhaltenen Abscheidegrade sehr gering sind und etwa nur 4% des Flugstaubes
ausgeschieden werden. Ferner fällt in den bekannten. Absetzkainmern nur der sehr
grobe Staubanteil aus, da die feinen Körnungen durch Sekundärströmungen in den Absetzkammern
wieder in die Rauchgasströmung zurückgetragen werden.
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Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist darin zu sehen, ein Verfahren
sowie Einrichtungen zu dessen Anwendung zu scha£-fen, womit ein optimaler Abscheidegrad
nicht nur rein mengenmäßig, sondern auch besonders hinsichtlich der Festteilchen
geringster Körnung erzielt wird. Des weiteren sollen das Verfahren bzw. die Einrichtungen
weitgehend uiiabhängig' von der Jeweiligen Kesselbelastung die volle Abscheideleistung
erbringen sowie auf verschiedene Kesvselbauweisen anwendbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, das nach der Umlenkung
aus dem Gesamt-Rauchgasstrom im Bereich hoher Festteilchen-Konzentration in einer
oder mehreren Stufen ein dem verbleibenden Haupt-Rauchgasstrom zunächst parallel
geführter Teil-Rauchgasstrom abgezweigt, daO dieser Festteilchen beladene Teil-Rauchgasstrom
zu Abscheideeinrichtungen gefuhrt und daß danach der Festtelchen-freie Teil-Rauchgasstrom
an einer Stelle niedrigen Druckniveauo mit dem Hauptgasstrom zum Gesamt-Rauchgasstrom
wieder vereinigt wird.
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zur Anwendung dieses Verfahrens wird ferner eine Binri¢htung vorgeschlagen,
die d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ist, daß nach der Umlenkung im Bereich
des Teil-Rauchgasetromee mit hoher Teilchenkonzentration ein dem Hauptstrom paralleler
Gas-Zweitkanal aus der Kessel-Rt1c- und Seitenwand sowie aus wandteilen mit zum
Haupt-Rauchgasstrom weisenden Schlitzen und etwa unter 450 gegen die Horizontale
geneigneten, etwa senkrecht zum Ges-Zweitkanal sich erstreckenden Auffangplatten
vorgesehen ist, daß ferner nach dem letzten Schlitz ein Kanal zu an sich bckanaten
Absoheideeinrichtungen führt, und daß schließlich dieser Kanal an einer Stelle niedrigen
Druckniveaus wieder in den Haupt-Rauchgaskanal einmündet.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung und den Ansprüchen aufgeführt.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird nicht nur die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe vorteilhafterweise gelbet, sondern auch als direkte Folge
der Aufwand für Reparaturen derartiger Dampferzeugeranlagen beträchtlich gesenkt.
Ferner trägt die Erfindung direkt zu erheblicher Verringerung der Umweltverschmutzung
bei bzw. führt zu einer geringeren Belastung der nachgeschalteten Feinfilter.
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Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
cdargestellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch den zweiten Zug eines nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Dampferzeugers, Fig. 2 einen Schnitt in
Pfeilrichtung II-II gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt wie Fig. 1, jedoch mit veränderlicher
Tiefe des Gas-Zweitkanals, Fig. 4 einen Schnitt durch den Rauchstromschlitz.
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Die Erfindung nutzt den auf die Staubteilchen wirkenden Fliehkrafteinfluß
nach einer Umlenkung aus. Es entsteht auf den größeren Radien nach einer Umlenkung
eine Zone hoher Staubdichte.
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Das Verfahren zum Abscheiden von Festteilchen unterschiedlicher Körnung
und unterschiedlicher Konzentration aus Rauchgasströmen wechselnder Volumina bzw.
Geschwindigkeiten bei Kesseln, insbesondere Dampfkesseln, durch Fliehkraft-, zum
Teil auch durch Impuls-Einwirkung besteht darin, daß aus dem Festteilchen beladenen
Gesamt-Rauchgasstrom 1 nach' einer Umlenkung um etwa 900 eine oder mehrere Teil-Rauchgasströme
6 aus dem Bereich höchster Teilchen-Konzentration, das ist der Bereich mit den größeren
bzw. größten Krümmungsradieri um die (ideelle) Umlenkachse x abgezweigt werden (Fig.
3).
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Dabei verlassen die Festteilchen infolge der auf sie einwirkenden
Trägheitskräfte die Stromlinien 2 bis 4 der sie bis zur Umlenkung tragenden Gasphasen
in der Art, daß die Flugbahnen der Festteilchen größere Krümmungsradien haben als
die die Teilchen bis zur Umlenkung tragenden Gasphasen.
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Die Festteilchen haben die Tendenz, die seitherige Flugbahn beizubehalten.
Da auf sie aber weiterhin die Kräfte vom Rauchgasstrom einwirken, werden die Festteilcherl
zwar in die neue Richtung des Rauchgasstromes gezwungen, nur tol,-e
die
Teilchen gröberer Körnung flacheren Flugbahnen 21, 3', 4' als diejenigen kleinerer
Körnung 2", 3", 4n.
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In Ausnutzung dieser Erkenntnis besteht das erfindung.sgemäße Verfahren
darin, nach einer Umlenkung um ca. 900 aus dem Gesamt-Gasstrom 1 die phase höchster
Festteilchen-Konzentration abzuzweigen und als Teil-Rauchgasstrom 6 etwa parallel
dem verbleibenden Haupt-Rauchgasetrom 7 zu führen, sodann aus dem Teil-Rauchgasstrom
6 in an sich bekannter Weise, Z.B. in Absetztrichtern, die Festteilchen auszuscheiden
und endlich den gereinigten Teil-Rauchgasstrom mit dem Haupt-Rauchgasstrom 7 zum
Gesamt-Rauchgasstrom 1 wieder zu vereinigen. Durch-geführte versuche und Messungen
haben bewiesen, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur ein geringer
Anteil Festkörperchen 2" im Haupt-Rauchgasstrom 7 verbleibt.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Abzweigen des
Teil-Rauchgasstromes 6 in mehreren Stufen, wobei als nächster Schritt Druck und
Geschwindigkeit im Teil-Rauchgasstrom 6 etwa konstant gehalten werden sowie die
Festteilchen mit Geschwindigkeit des Teil-Rauchgasstromes in dessen sämtlichen Phasen
verteilt sind.
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Zur Verringerung des Gaedureheatzee durch die Abscheide-Einrichtung,21
wird in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens (Fig. 4) der Teil-Rauchgasstrom 6
wieder geteilt, wovon ein. von Festteilchen befreiter Unterteilgasstrom 9 um beispielsweise
1200 umgelenkt und danach dem Haupt-Rauchgasstrom 7 wieder zugefügt wird. Von dem
Teil-Rauchgasstrom 9 mitgeführte Festteilchen 9°, 9 9" werden durch Trägheits- sowie
Impule-Einwirkungen darin gehindert 9 im Unter-Teil-Rauchgasstrom 9 zu verbleiben.
Auch das Rückführen des Unter-Teil-Gaestromes 9 in den Raupt-Raupt-Rauchgasstrom
7 kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen. Der nicht rückgeführte Anteil des
Teil-Rauchgasatromes 6 führt, mit Peßtteilchsu sehr stark angereicherto als Träge
-Gasstrom
10 zu den an sich bekannten Abscheideeinrichtungen 21
und wird, von Festteilchen befreit, dem Haupt-Rauchgasstrom wieder zugeführt.
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Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Einrichtungen
vorgesehen: Wie Fig. 1 zeigt, werden an der Rückwand 11 des Rauchgaskanal 12 über
seine gesamte Breite, bis zu den Seitenwänden 24 sich erstreckende Schlitze 13 bis
18 mit Auffangplatten 13' bis 18' in unterschiedlichen Höhen angebracht.
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Formgebung und Dimensionierung der einzelnen Auffangplatten 13' bis
18'; sind in Abhängigkeit von der jeweiligen Xeselbauart unterschiedlich und werden
durch Modellversuch bzw. Analogieschluß ermittelt. Bei Zweizugdampferzeugern werden
diese Schlitze 13 bis 18 zweckmäßigerweise zwischen den einzelnen Heizflächenpaketen
19 angeordnet, wobei deren Höhen den lotrechten Abstand der einzelnen Schlitze und
der lotrechte Abstand zweier aufeinanderfolgender Heiæflächenpakete die lichte Höhe
des zugehörigen Schlitzes bestimmen.
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Fig. 2 zeigt die Ansicht auf die Rückwand des zweiten Zuges eines
mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen ausgerüsteten Dampferzeugers. Mit der Rückwand
11/bIlden die Wandteile v-13" bis 17" einen zweiten Rauchgaskanal 5. Die Auffangplatten
13' bis 17' bewirken eine verstärkte Abtrennung des Teilstromes 6 aus dem Kaupt-Rauchgasstrom
1. Die Schlitze 15 bis 18 liegen im Bereich der Heizflächenpakete 19, 20, während
die Schlitze 13 und 14 oberhalb der Heizflächenpakete 19 angeordnet sind. In an
sich bekannten Absetzkammern 21 sammeln sich die durch den zweiten Rauchgaskanal
5 geführten Festteilchen.
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Fig. 3 zeigt ähnlich Fig. 1 eine Ausbildung des Zweitkanals 5, bei
der die Kanaltiefe unterschiedlich ist, um die Poetteilchen beladenen Teil-Rauchgasströme
6, 10 wirkungsvoller abzuzweigen und im Zweitkanal 5 eine gleichmäßige Geschwindigkeit
zu erreichen.
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Fig. 4 zeigt die Gestaltung eines Schlitzes für einen, aus dem Teilgasstrom
6 abgezweigten, zum Hauptstrom 7 zurückströmenden Unterteilgasstrom 9. Der Gas-Zweitkanal
5 wird für größtmögliche Abscheideleistung hinter dem Schlitz im Strömungsquerschnitt
verringert, wie auch bei 5' in Fig. 3 dargestellt. Die Auffangplatte 18' liegt in
ihrer ganzen Breite im Bereich des Hauptstromes 7. Die Verbindung zur Trennwand
des Gas-Zweitkanals wird stufenförmig ausgeführt.
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Durch eine Umlenknase 25 (Fig. 1) wird das Ausschleudern der Staubteilchen
verstärkt, wobei dann die Schlitze besonders wirksam werden.
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Eine weitere Erhöhung der Staubabscheidung ist erreichbar, wenn in
dem durch die Rückwand und die Teilwände gebildeten Kanal bis zu den Absetzkammern
21 eine Rauchgasströmung als Trägergasstrom 10 für die Staubteilchen aufrecht erhalten
wird.. Dieses Trägergas - bis zu einer Höhe von 1 des Hauptrauchgasstromes 7 - kann
hinter den Absetzkammern 21 dem Haupt-Rauchgasstrom an einer Stelle niedrigen Druckniveaus,
z.B. vor dem Luftvorwärmer, wieder zugeführt werden. Erhält der Teilstromkanal eine
derartige Formgebung, daß keine Geschwindigkeitsverzögerung eintritt, dann ist eine
größtmögliche Abscheideleistung erreichbar.
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Die erfindungsgemäße Schlitzanordnung zur Abtrennung eines Teilstromes
hoher Staubkonzentration ist in gleicher Weise anwendbar für nicht mit Heizflächen
versehene Rauchgaskanäle, bei denen eine Umlenkung von mindestens 900 zum Luftvorwärmer
geführt werden. Das Verfahren bzw. die Einrichtungen sind ebenfalls für Einzug-Dampferzeuger
anwendbar, bei denen die aufsteigenden Rauchgase hinter den Heizflächen in einen
abwärtsführenden Rauchgaskanal zum Luftvorwärmer geleitet werden. In derartigen
Fällen kann die Schlitzzahl auf 1 bis 3 begrenzt werden.