DE2433387B2 - Einrichtung zur zweitluftzufuhr zur feuerung von dampferzeugern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zweitluftzufuhr zur Feuerung von Dampferzeugern, mit Durchtrittsöffnungen, die oberhalb der Brenner in der Rohrwand vorgesehen sind.

Um die Entstehung von NO,- und SO»-Verbindungen in den Rauchgasen von Dampferzeugern möglichst gering zu halten, ist es bekannt, der Feuerung der Dampferzeuger über die für die stöchiometrische Verbrennung hinaus erforderliche Brennluftmenge sogenannte Zweitluft zuzuführen. Die Zweitluft wird zugleich als Wirbelluft verwendet, um die Verbrennung zu unterstützen. Bei einer bekannten Einrichtung zur Zweitluftzufuhr zu der Feuerung vom Dampferzeugern (GB-PS 8 23 401) wird die Zweitluft oberhalb der Brenneröffnungen durch eigene Düsen zugeführt. Diese Düsen sind allseitig beweglich angeordnet, um hierdurch den Zweitluftstrom in geeigneter Richtung steuern r.u können. Bei dieser bekannten Einrichtung ergibt sich jedoch keine gleichmäßige Vermischung der Flammgaise mit der Zweitluft, so daß der erwünschte Erfolg, eine vollständige Verbrennung aller brennbaren Bestandteile zu erreichen, nicht voll erzielt wird. Weiterhin ist es auch bei der Anordnung von Rohrwänden vor den Brenneröl'fnungen notwendig, auch im Bereich der Durchtrittsöffnungen für die Zweitluft die Kesselrohre im Bogen um diese Durchtrittsöffnungen herumzuführen, um den Zweitluftstrom nicht zu stören. Dadurch werden die Herstellungskosten einer derartigen Einrichtung erhöht und auch die Betriebskosten steigen, da die gebogenen Kasselrohre einen höheren Druckverlust ais gerade Rohre zur Folge

haben.

Es ist auch von Flossenrohrwänden in der Feuerung von Kesseln bereits bekannt, Brenneröffnungen und getrennt hiervon eine Anzahl von Luftöffnungen vorzusehen, weiche die Flossen der Rohrwand durchsetzen (GB-PS 498). Die Luftöffnungen sind dabei jedoch im wesentlichen auf gleicher Höhe mit den Brenneröffnungen neben diesen in der Rohrwand vorgesehen. Durch die Zuführung der Verbrennungsluft örtlich neben der Zuführung des Brennstoffes wird jedoch nur eine unvollständige Verbrennung erzielt, bei der in relativ hohem Umfang luftverschmutzende Stoffe wie Stickoxyde, Schwefeloxyd und auch Kohlenmonoxyd anfallen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit möglichst geringem Zusatzaufwand eine möglichst weitgehende Herabsetzung des Gehalts der Abgase an luftverschmutzenden Stoffen, insbesondere an NO₁- und SOv-Verbindungen, zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Flossenrohrwänden die Durchtrittsöffnungen nur durch Schlitze in den Flossen benachbarter Rohre gebildet sind, und die Durchtrittsöffnungen je Brenner eine Gruppe von Schlitzen unterschiedlicher Länge bilden, wobei die Schlitzlängen mit zunehmender Entfernung von der Mittellinie des Brenners abnehmen.

Durch die Ausbildung der Durchtrittsöffnungen als Schlitze und ihre Anordnung in einer Gruppe über einer zugeordneten Brenneröffnung wird gesteuert Zweitluft für eine Nachverbrennung zugeführt. Diese Zufuhr von Zweitluft erfolgt so, daß der Mittelbereich der Flamme mehr und die Randbereiche der Flamme entsprechend ihrem Bedarf durch die kürzere Ausbildung der Schlitze weniger Zweitluft ernalten. Auch bewirkt der zentrale Zweitluftstrom im Bereich der langen mittleren Schlitze eine starke Verwirbelung des Flammenkernes, durch die die Verbrennung unterstützt wird. Durch die Ausbildung der Durchtrittsöffnungen als gruppenweise angeordnete Schlitze wird somit nicht nur eine vergleichsweise feinfühlige Dosierung der Zweitluftströmung in Anpassung an den Zweitluftbedarf de.· Flamme erzielt, sondern überdies auch eine besonders einfache Herstellung in Form einfacher Durchbrüche durch die Flossen der Rohrwand gewährleistet.

Es ist zwar im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung von öffnungen in Rohrwänden, bei dem benachbarte Abschnitte zweier nebeneinanderliegender Rohre zur Bildung der öffnung ausgebogen werden, bereits bekannt, die Flossenwand beidseits der auszubiegenden Abschnitte zu schlitzen, um so die zu biegenden Abschnitte freizugeben. Dies gilt jedoch nur für die noch nicht fertige Floss^nrohrwand, wobei die Schlitze nur dazu vorgesehen sind, ein Ausbiegen benachbarter Rohrabschnitte zu ermöglichen (DT-OS 19 33 699).

Die Erfindung erlaubt eine zweckmäßige weitere Ausgestaltung der Einrichtung in der Form, daß zwei sich am Ausgang eines Druckgebläses verzweigende Luftführungen vorgesehen sind, von denen eine als Brennluftführung mit den Brennern und die andere als Zweitluftführung mit den schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen verbunden ist, und daß bei mehreren Brennluftführungen in jeder gesonderte Brennluftdrosseln und in den Zweitluftführungen Zweiluft-Einlaß-

drosseln angeordnet sind Infolge der feinfühligen Regelungsmöglichkeit der Zuführung von Zweitluft zur Brennerflamme, die die Ausbildung der Durchtrittsöffnungen als Schlitzgruppe unterschiedlicher Schlitzlänge ergibt, ist es möglich, auch im Teillastbereich durch entsprechende Drosselung der Luftströme in den einzelnen Luftführungen eine einwandfreie Verbrennung zu erzielen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 und 4.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert In den Zeichnungen zeigt:

F i g. 1 eine herkömmliche Einrichtung zur Zufuhr von Zweitluft oberhalb der öffnungen der Brenner,

F i g. 2 eine Seitonansicht einer Brenneinrichtung mit mehreren Brennern und einer Einrichtung zur Zweitluftzufuhr gemäß der Erfindung,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 111-111 in F i g. 2,

F i g. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht, aus der die _M gegenseitige Anordnung schlitzförmiger Durchtrittsöffnungen in den Flossen der Kesselrohre und der Zweitluft-Luftführung hervorgeht, und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht, die die Strömungsrichtung der Luft und der Brenngase in einer Feuerungsanlage, die mit einer Einrichtung zur Zweitluftzufuhr nach der Erfindung ausgestattet ist, veranschaulicht.

Eine Vielzahl von Rohren 5 mit Flossen 7 sind so zusammengeschweißt, daß sie eine Flossenwand 6 bilden. Durch jede Flosse 7 der Rohre 5 ist unmittelbar über dem Brenner eine rechteckige oder elliptische öffnung geschaffen, so daß dadurch eine schlitzförmige Durchtrittsöffnung 8 zum Einblasen der Zweitluft gebildet wird. Auch bei einer solchen Konstruktion der Flossenwand, bei der zwischen den nebeneinander liegenden glatten Kesselrohren schmale Plattenstreifen eingesetzt und mit den Rohren verschweißt sind, kann durch die Plattenstreifen eine schlitzförmige Durchtrittsöffnung gearbeitet sein. Die Breite der schlitzförmigen Durchtrittsöffnung hängt von der Breite der Flosse oder des Plattenstreifens ab, während ihre Höhe nach Zweckmäßigkeit gewählt werden kann. Demzufolge wird die Höhe der Schli'.ze so bestimmt, daß sie unmittelbar über dem Brennerzentrum am größten ist und mit zunehmender Entfernung von der Mittellinie des Brenners allmählich abnimmt. Hierdurch kann die Luftverteilung auf die Brenngase abgestimmt werden. Ein an der Außenseite der Brennraumwandlung befestigtes Zweitluftgehäuse 9 steht mit den schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 8 sowie mit einer Zweitluftführung 10 in Verbindung. Wie in Fig.5 gezeigt ist, strömt die in die Zweitluftführung 10 durch ein Druckgebläse 22 geförderte Luft in das Zweitluftgehäuse 9 und wird aus diesem durch die schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 8 in den Brennraum geblasen. An der Verbindung zwischen dem Zweitluftgehäuse 9 und der Zweitluftführung 10 ist eine Zweitluftdrossel 9a angeordnet, so daß hierdurch der Luftdurchsatz gesteuert werden kann. Das Zweitluftgehäuse 9 stehi mit einer Brenneröffnung über einen Verbindungskanal 11 in Verbindung, in dem eine Drossel 11a angeordnet ist, so daß auch hier der Strömungsdurchsatz der der Brenneröffnung 1 zufließenden Luft gesteuert werden kann. Die Brenneröffnungen 1 sind jeweils mit einer Brennerluftführung 12 verbunden, in der eine getrennte Drossel 13 für die Brennluft angeordnet und dadurch die Brennluftmence steuerbar ist. Das Brennerzentrum ist in den F i g. 2 und 3 durch X gekennzeichnet.

Im Fall normaler Verbrennung in der Einrichtung gemäß den F i g. 2 bis 4 werden die getrennten unabhängigen Brennluftdrosseln 13 geöffnet, dagegen die Einlaßdrosseln 9a für die Zweitluft nur sehr wenig geöffnei; die Brennluft/Zweitluft-Drosseln 11a stehen weit offen. Dadurch wird der Zweitluftgehäusen 9 ein sehr kleiner Anteil der durch die Brennluftführungen 12 strömenden Brennluft zugeführt, so daß die Zweitluftgehäuse 9 und die diese umgebenden Bauteile gekühlt werden können. Der Hauptteil der Brennluft wird durch die Brenneröffnungen 1 zur Unterhaltung der Verbrennung in den nicht gezeigten Brennraum geblasen. Die Steuerung der jeder Brenneröffnung 1 zugeführten Luftdurchsatzmenge erfolgt über die getrennten unabhängigen Brennluftdrosseln 13.

Um Luftverschmutzungen durch NO_x und SO₁ in den Abgasen, die in die Atmosphäre freigegeben werden, zu vermeiden, werden die getrennten Brennluftdrosseln 13 geöffnet, während die Zweitluft-Einlaßdrosseln 9a nur sehr wenig offen stehen und wiederum die Brennluft/ Zweitluftdrosseln 11a weit geöffnet sind. Darauf wird die in den Brennraum durch die Luftführungen 11 und die schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 8 eingeblasene Luft volumenmäßig gesteigert, während die durch die Brenneröflnungen 1 in den Brennraum geblasene Luft volumenmäßig verringert wird. Folglich stellt sich eine überstöchiometrische Verbrennung, d. h. eine sogenannte »Gegendruckverbrennung« ein, durch die die Gehalte an NO, und SO, in den Abgasen, die in die Atmosphäre freigegeben werden, beträchtlich verringert werden.

In dem in F i g. 5 gezeigten Kessel werden die Abgase oder Abgasprodukte im Kreislauf geführt, um den Gehalt an luftverschmutzenden Stoffen zu verringern. Zu diesem Zweck ist ein Luftführungssystem zum Mischen von Frischluft mit den Abgasen oder Abgasprodukten vorgesehen, durch das das Luft/Abgas-Gemisch in den Brennraum eingedrückt wird. In Fig. 5 ist mit 21 ein Gasgebläse, mit 22 ein Druckluftgebläse, mit 23 der Brennraum bezeichnet. Teile, die· mit denjenigen in Fig. 2, 3 und 4 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet:; aus Gründen der Einfachheit sind die mit Flossen versehenen Kesselrohre nicht dargestellt.

Die sieben möglichen Betriebsarten des Kessels gemäß F i g. 5 sind folgende:

1. Bei normalem Betrieb sind die gesonderten Brennluftdrosseln 13 geöffne», während die Zweitluft-Einlaßdrosseln 9a nur leicht offen stehen, die Brennluft-Zweitluft-Drosseln Ua dagegen wieder weit geöffnet sind. Das Druckgebläse 22 ist in Betrieb.

2. Die gesonderten Brennluftdrosseln 13 stehen offen, während die Zweitluft-Einlaßdrosseln 9a nur sehr wenig offen stehen; auch die Brennluft/Zweitluftdrosseln 11a sind geöffnet und das Druckluftgebläse 22 ist in Betrieb. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 2 bis 4 erläutert, wird die in den Brennraum 23 durch die Brenneröffnungen 1 eingeblasene Luft volumenmäßig reduziert, so daß sich eine von der stöchiometrischen Verbrennung abweichende Verbrennung einstellt. Folglich verringern sich die Gehalte an NO₁ und SO» in den Abgasen, die in die Atmosphäre freigegeben werden, beträchtlich.

3. Die Drosseln werden wie bei der Betriebsart I geöffnet und es sind das Druckgebläse 22 und das

Gasgebläse 21 in Betrieb. Dadurch stellt sich eine Betriebsweise mit Gaseinblasung ein, bei der ein Teil der Abgase mit der Brennluft gemischt wird und daraufhin das Luft/Abgas-Gemisch durch die Brenneröffnungen 1 in den Brennraum 23 eingeblasen werden kann. Die Gehalte an NO, und SO» in den Abgasen können hierdurch beträchtlich verringert werden.

4. Wie in der Betriebsart 2 stehen die Drosseln offen und beide Gebläse 22 und 21 sind in Betrieb. Dadurch kann eine Gegendruckverbrennung stattfinden, bei der ein Teil der Abgase mit der Luft gemischt wird, so daß wiederum die Gehalte an NO» und SO» in den Abgasen beträchtlich reduziert werden.

5. Die gesonderten Brennluftdrosseln 13 stehen offen, während die Brennluft/Zweitluftdrosseln 11a geschlossen und die Zweitluft-Einlaßdrosseln 9;» geöffnet sind. Beide Gebläse 22 und 21 sind in Betrieb. Dadurch ist es möglich, das Luft/Abgas-Gemisch, dessen Abgasverhältnis geringer als bei der in der Betriebsweise 4 erhaltenen Mischung ist, durch die Zweitluftgehäuse 9 und die schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 8 in den Brennraum 23 zu blasen, so daß hierdurch die Gehalte an NO» und SO» in den Abgasen reduziert werden können.

6. Die gesonderten Brennluftdrosseln 13 sind geöffnet, während die Brennluft/Zweitluft-Drosseln 11a weit offen und die Zweitluft-Einlaßdrosseln 9a in geeigneter Form geöffnet sind. Beide Gebläse 21 und 22 sind in Betrieb. Dadurch wird das Luft/Abgas-Gemisch durch die Brenneröffnungen 1 in den Brennraum geblasen, während durch die schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 8 nur Frischluft in den Brennraum 23 gelangt Auch hierdurch können folglich die Gehalte an NO» und SO» in den Abgasen beträchtlich verringert werden.

Wie vorstehend erläutert, sind gemäß vorliegender Erfindung die schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen durch die Flossen der Kesselrohre unmittelbar über den Brenneröffnungen ausgebildet und stehen mit den Luftführungen derart in Verbindung, daß nicht nur Frischluft, sondern auch Luft/Abgas-Gemisch in den Brennraum geblasen v/erden kann. Trotz Anordnung der Durchtrittsöffnungen erhöhen sich die hydraulischen Druckverluste innerhalb der Kesselrohre nicht ίο und es ist eine einfache Herstellung möglich. Die Durchtrittsöffnungen sind schlitzförmig und können über die ganze Breite oder den Umfang des Brennraumes ausgebildet werden, wobei ihre Höhe entsprechend veränderbar ist. Die Luft kann daher in Abhängigkeit von der Flammenverteilung optimal eingeblasen werden, so daß eine gleichmäßige Mischung erzielbar ist. Dadurch sinken nicht nur die NO»- und SOx-Gehalte, sondern es wird auch die Rauch- und CO-Erzeugung verringert. Es ist außerdem möglich, »ο wahlweise Frischluft und Luft/Abgas-Gemisch einzudrücken, so daß weitgehende Freiheit hinsichtlich der Betriebsweise entsteht. Wenn die erfindungsgemäße Einrichtung mit Gaseinblasung betrieben wird, läßt sich eine Verunreinigung der Atmosphäre praktisch vollkommen beseitigen.

Während die bestehenden Kessel sehr weitgehend abgeändert werden müssen, falls die herkömmliche Gegendurchverbrennung mit den über der Feuerung liegenden Durchtrittsöffnungen angewendet werden soll, läßt sich die Erfindung einfach auf bestehende Kessel anwenden, ohne daß weitgehende Abänderungen oder ein Austausch erforderlich werden, weil die Durchtrittsöffnungen in den Flossen der Kesselrohre vorgesehen werden. Außerdem ist der Arbeitsaufwand zur Installierung der Luftzuführungen und Drosseln im Vergleich zum Einbau der herkömmlichen Verbrennungssysteme gering.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Zweitluftzufuhr zur Feuerung von Dampferzeugern, mit Durchtrittsöffnungen, die oberhalb der Brenner in der Rohnvand vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Flossenrohrwänden (6) die Durchtrittsöffnungen (8) nur durch Schlitze in den Flossen (7) benachbarter Rohre (5) gebildet sind und die Durchtrittsöffnungen (8) je Brenner (1) eine Gruppe von Schlitzen unterschiedlicher Länge bilden, wobei die Schlitzlängen mit zunehmender Entfernung von der Mittellinie (x)de& Brenners abnehmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich am Ausgang eines Druckgebläses (22) verzweigende Luttführungen (10, 12) vorgesehen sind, von denen eine als Brennluftführung (12) mit den Brennern und die andere als Zweit luftführung (10) mit den schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen (8) verbunden ist, und daß bei mehreren Brennluftführungen (12) in jeder gesonderte Brennluftdrosseln (13) und in den Zweitluftführungen (10) Zweitluft-Einlaßdrosseln (9a) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennluftführung (12) und die Zweilluftführung (10) durch eine Verbindungsführung (11) stromabwärts von den Drosseln (9a, 13) miteinander in Verbindung stehen und daß in der Verbindungsführung (11) eine Brennluft/Zweiluft-Drossel (11 a) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennluftführung (12) stromaufwärts von der Brennluftarossel (13) mit einer Abgasführung in Verbindung steht, die einen Teil der Abgase aus dem Brennraum (23) rezirkuliert.