DE29503367U1

DE29503367U1 - Flammrohr-Rauchrohrkessel

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Publication number: DE29503367U1
Application number: DE29503367U
Authority: DE
Original assignee: DAMPFKESSELBAU DRESDEN UEBIGAU
Current assignee: DAMPFKESSELBAU DRESDEN UEBIGAU
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2005-03-01

Description

Plammrohr-Rauchrohrkessel

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flammrohr-Rauchrohrkessel zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf mit einem Kesselkörper, darin angeordnetem Flammrohr, dem eine Brennereinrichtung zugeordnet ist und mindestens einem weiteren nachgeschalteten Rauchgaszug mit mehreren Heizrohren.

Ein solcher Flammrohr-Rauchrohrkessel ist z.B. aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 94 09 657 bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung umfaßt ein Flammrohr, welches oftmals auch als erstes Rauchrohr bezeichnet wird, und durch Umlenkvorrichtung daran angeordnete Rauchrohre. Die Abgase der von der Brennereinrichtung im Flammrohr verbrannten Brennstoffe, insbesondere Gas, strömen aus dem Flammrohr in die daran nachgeschalteten Rauchrohre. Im Gegenstrom hierzu wird üblicherweise der Wasser- oder Dampffluß geführt. Bei vielen derartigen Brenneranlagen ist das Prinzip des Mitführens der Asche mit dem Rauchgasstrom bis z.B. in eine nachgeschaltete Filteranlage bekannt. Ein Problem solcher Anlagen besteht darin, daß diese nur mit einem Regelbereich von 1:2,5 bis 1:2 gefahren werden können, da es sonst durch Anlagerung der Aschepartikel in den Rauchgaszügen zu Verstopfungen aufgrund des verringerten Rauchgasstromes kommt. Um den verminderten Rauchgasstrom zu kompensieren, ist es bereits bekannt, zusätzlich Luft in begrenztem Maße mitzuführen, was aber sehr schnell sehr starke Wirkungsgradverluste mit sich bringt. Des weiteren ist aus dem Stand der Technik eine Zwischenendaschung nach dem ersten Zug, bzw. Flammrohr bereits verwirklicht worden. Damit sind aber die im Niederlastbereich vorhandenen Probleme in den nachfolgenden Rauchgaszügen nicht zufriedenstellend beseitigt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Flammrohr-Rauchrohrkessel bereitzustellen, der die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik beseitigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Ventileinrichtungen vorgesehen sind, durch die eine vorbestimmte Anzahl der Heizrohre der vorhandenen Rauchgaszüge zum Ändern des gesamten Strömungsquerschnittes eines jeweiligen Rauchgaszuges verschließ- oder durchschaltbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es nunmehr möglich, den Strömungsquerschnitt der dem Flammrohr nachfolgenden Rauchgaszüge für den Teillastbereich so zu vermindern, daß immer eine entsprechend gewünschte Strömungsgeschwindigkeit und somit ein sicheres Abtransportieren der Aschepartikel in den Rauchgaszügen gewährleistet ist. Durch diese Maßnahme ist es nunmehr möglich, solche Flammrohr-Rauchrohrkessel in einem permanenten Regelbereich von 1:5 oder tiefer zu realisieren. Dieses eröffnet die Möglichkeit, derartige Anlagen über weitaus längere Zeiträume im Jahr zu betreiben als bisher im Stand der Technik üblich.

Vorteilhafterweise können die Ventileinrichtungen derart ausgebildet und gesteuert sein, daß die Strömungsquerschnittsverhältnisse der nacheinander geschalteten Rauchgaszüge bei sämtlichen Stellungen der Ventileinrichtungen im wesentlichen konstant bleiben. Das bedeutet, daß versucht wird, die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Rauchgaszügen über den gesamten Regelbereich im wesentlichen konstant zu halten. Dadurch ändern sich die Strömungsbedingungen in den jeweils durchströmten Heizrohren nicht.

Üblicherweise sind das Flammrohr und die Rauchgaszüge mit diese jeweils verbindenden Umlenkkammern miteinander verbunden, die in einer vorteilhaften Weiterbildung ebenfalls mit entsprechenden Ventileinrichtungen zur angepaßten Änderung des Strömungsquerschnitts versehen sein können. Hierdurch kommt es auch nicht zur Aschepartikelanlagerung in den Umlenkkammern, da in diesen auch eine möglichst gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Regelbereich bereitgestellt werden kann.

Günstigerweise können die Heizrohre jeweils eines Rauchgaszuges in mindestens zwei, jeweils eine bestimmte Anzahl von Heizrohren aufweisende Schaltgruppen unterteilt sein, die von den Ventileinrichtungen jeweils als Einheit schließbar oder durchschaltbar sind. Die Steuerungstechnik und Ausgestaltung der Ventileinrichtungen wird hierdurch stark vereinfacht, da diese jeweils mehrere Heizrohre auf einmal als Schaltgruppe verschließen oder öffnen. Des weiteren reicht eine solche abgestufte Regelung für die meisten Einsatzzwecke eines solchen Flammrohr-Rauchrohrkessels aus. Bevorzugterweise sind die Trennebenen zwischen den Schaltgruppen horizontal angeordnet. Da auf die Aschepartikel in den Rauchgaszügen die Schwerkraft einwirkt, befinden sich von oben nach unten im Querschnitt eines Rauchgaszuges gesehen, im unteren Bereich immer mehr Aschepartikel als im oberen Bereich. Eine horizontale Anordnung der Trennebenen vereinfacht die Regelung, da über und unter solchen Trennnebenen immer bestimmte Aschepartikelanhäufungen vorhanden sind. Insbesondere können die Ventileinrichtungen derart ausgebildet und angesteuert sein, daß höher angeordnete Heizrohre oder Schaltgruppen eines Rauchgaszuges während eines Regelvorgangs zuerst verschließbar und zuletzt durchschaltbar sind. Da in den unteren Heizrohren immer die meisten Aschepartikel transportiert werden, ist es sinnvoll, diese möglichst zuletzt bzw. gar nicht zu verschließen und beim Schließen

eines Rauchgaszuges bei den obersten Heizrohren bzw. obersten Schaltgruppen anzufangen, damit sich keine Aschepartikel am Boden des Rauchrohres ansammeln.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Ventileinrichtung am Strömungsausgang der Heizrohre des dem Flammrohr nachfolgenden Rauchgaszuges angeordnet. Normalerweise wäre die zweckmäßigste Stelle für den Verschluß der Heizrohre der Eintritt in den zweiten Zug. An dieser Stelle herrschen jedoch noch sehr hohe Temperaturen, so daß aufgrund der Gefahr von Ascheanbackungen eine automatisierungsfähige Variante für den Verschluß der einzelnen Heizrohre größere Probleme mit sich bringen könnte. Eine manuelle Anordnung wäre ohne Probleme denkbar. Aufgrund der geringeren Temperatur am Ausgang des dem Flammrohr nachfolgenden Rauchgaszuges werden Ascheanbackungen vermieden und es können auch ohne weiteres komplizierter ausgestaltete Ventileinrichtungen Anwendung finden. Hierzu eignen sich insbesondere bei einer ersten Variante der ersten Ventileinrichtung als den Heizrohren jeweils zugeordnete Stößel mit konischen Spitzen als Verschlußstopfen. Diese können dann in Stopfbuchsen der Umlenkkammerwandung geführt und hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben sein. Damit Längendifferenzen der Heizrohre ausgeglichen werden können, besteht die Möglichkeit, die Stößel federnd zu lagern. Auch Ungenauigkeiten bei der Lage der Heizrohre können durch einjustierbare Stopfbuchsen überwunden werden. Zum besseren Verschließen der Heizrohre besteht die Möglichkeit, die den Verschlußstopfen zugewandten Endbereiche der Heizrohre mit einer konischen Phase zu versehen, die am besten an die konische Spitze des Verschlußstopfens angepaßt ist.

Um eine Verschmutzung von der Eintrittsseite des dem Flammrohr nachfolgenden Rauchgaszuges her zu verhindern, können die Verschlußstopfen jeweils eine Bohrung zum

Einleiten von Sperrluft in das verschlossene Heizrohr aufweisen.

Bei einer Variante können nachfolgend der ersten Ventileinrichtung im wesentlichen sämtliche Ventileinrichtungen zum Ändern des Strömungsquerschnitts in den Umlenkkammern und nachfolgenden Rauchgaszügen durch Schieber, insbesondere in Form von Schottblechen, gebildet sein, die dann bevorzugt in waagerechter Richtung, insbesondere entlang der waagerechten Trennebenen geöffnet und geschlossen werden können.

In einer besonders günstigen Ausführungsform können nachfolgend der ersten Ventileinrichtung im wesentlichen sämtliche Ventileinrichtungen als permanent den gesamten Strömungsquerschnitt in den Umlenkkammern an den Querschnitt der Schaltgruppen angepaßte Trennwände, insbesondere in Form von festen Schottblechen, gebildet sein. Beim Großteil der Anwendungsfälle wird es nur nötig sein, die erste Ventileinrichtung zu steuern, während die nachfolgenden Strömungsquerschnitte entsprechend den einzelnen Ventilstellungen (oder entsprechend den Schaltgruppen) in feste, sich über deren gesamte Länge sich erstreckende und durch Trennwände voneinander abgeschotteten Querschnittsbereiche eingeteilt sind. Selbstverständlich gilt eine solche Einteilung bei allen Ausführungsformen, bis die Rauchgase einen geeigneten Abscheider für die Aschepartikel erreichen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Flammrohr-Rauchrohrkessel in einer schematischen Darstellung und

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Figur 2 den Flammrohr-Rauchrohrkessel aus Figur 1 entlang der Linie II-II geschnitten.

Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt im wesentlichen einen Kessel 1, ein im Kessel angeordnetes Flammrohr 2 mit vorgeschalteter Brennereinrichtung 3, einem ersten Rauchgaszug 4 und einem zweiten Rauchgaszug 5. Das Flammrohr 2 und der erste und zweite Rauchgaszug 4, 5 sind jeweils über eine Umlenkkammer 6 bzw. 7 miteinander stroraungsverbunden. Jeder Rauchgaszug 4, 5 weist eine Vielzahl von Heizrohren 9 bzw. 10, die in bekannter Weise von den Rauchgasen durchströmt werden, auf. Am Austritt 8 des ersten Rauchgaszuges 4 sind in der Umlenkkammer 7 Stößel 11 mit an deren Enden angeordneten Verschlußstopfen 12 zum Verschließen einzelner Heizrohre 9 angeordnet. Die Stößel 11 sind in Stopfbuchsen 13 in der Gehäusewandung der Umlenkkammer 7 geführt. Zusätzlich sind in der Umlenkkammer Schottbleche 14 angeordnet, die entsprechend ausgeformt sind, um den Strömungsquerschnitt in der Umlenkkammer 7 gleichmäßig über deren gesamte Länge zu verringern. Die Schottbleche 14 unterteilen den Austritt 8 des ersten Rauchgaszuges 4 und den Eintritt 15 des zweiten Rauchgaszuges 5 in drei jeweils aus mehreren Heizrohren 9 bzw. 10 bestehende Schaltgruppen 16, 17, 18.

Im folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise der vorliegenden Erfindung näher erläutert.

Die in den Figuren schematisch dargestellte Anlage ist geeignet, nach dem Prinzip der Aschemitführung betrieben zu werden. Die durch die Brennereinrichtung 3 im Flammrohr 2 verbrannten Brennstoffe erzeugen Rauchgase, die über die Umlenkkammer 6 in die Heizrohre 9 des ersten Rauchgaszuges 4 eingeleitet werden. Am Austritt des ersten Rauchgaszuges 4 besteht nunmehr die Möglichkeit, abhängig von der im Flammrohr 2 erzeugten Rauchgasmenge einzelne oder als

Schaltgruppen zusammengeschlossene Heizrohre 9 mit den Verschlußstopfen 12 zu verschließen oder zu öffnen. Hierdurch ändert sich der gesamte Strömungsquerschnitt des ersten Rauchgaszuges 4. Wird nunmehr die Anlage heruntergeregelt, so werden im Flammrohr 2 weniger Rauchgase erzeugt, wodurch üblicherweise die Strömungsgeschwindigkeit und das Mitreißen der Aschepartikel reduziert würde. Durch Verschließen einiger Heizrohre 9 mit den Verschlußstopfen 12 wird durch die Reduktion des Strömungsquerschnitts des gesamten Rauchgaszuges 4 selbst bei der geringeren Rauchgasmenge eine möglichst gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit und ein sicheres Weiterleiten der Aschepartikel verursacht. Damit die Umlenkkammer 7 nicht als Strömungsbremse wirkt, ist diese mit Schottblechen 14 ausgestattet, die entsprechend den verschlossenen Schaltgruppen 16 oder 17 mit den Schottblechen 14 bereichsweise abgeschottet ist. Diese Steuerung der Ventilstößel 11 erfolgt bevorzugter Weise derart, daß zuerst die Schaltgruppe 16 und dann die Schaltgruppe 17 verschlossen wird. Die Öffnung dieser Schaltgruppen 16, 17 erfolgt genau in umgekehrter Reihenfolge. Dies hat den Vorteil, daß die durch die Schwerkrafteinwirkung sich vermehrt in der Schaltgruppe 18 aufhaltenden Aschepartikel im unteren Bereich des Rauchgaszuges 4 weiterhin vorteilhaft mitgerissen werden und sich nicht am Boden des Rauchrohrgaszuges 4 anlagern. Dennoch ist es vorstellbar, daß z.B. auch am unteren Bereich der Umlenkkammer 6 eine Ascheausscheidung 19 in geringfügigem Maße vorgenommen wird. Eine solche Ascheausscheidung kann auch in den anderen Umlenkkammern erfolgen. Nunmehr ist es ausreichend, da Austrittsbereiche des ersten Rauchrohrgaszuges 4 verschlossen sind, den Eintritt 15 des zweiten Rauchrohrgaszuges 5 nur noch jeweils mit einem entsprechend ausgeformten Schottblech entsprechend abzuschotten. In Figur 2 ist zu erkennen, daß das Schottblech 14 jeweils entsprechend ausgeformt ist, um diese Funktion einheitlich zu übernehmen. Das Verschließen der einzelnen Heizrohre der dem ersten Rauchgaszug 4 nachfolgenden

Rauchgaszuges ist durch die Aufteilung der Umlenkkammern in definierte, durch die Schottbleche voneinander getrennte Strömungsquerschnittsbereiche nicht mehr zwingend nötig.

Damit sich bei dieser Regelung in den verschlossenen Heizrohren nicht ungewollt Aschepartikel ansammeln, kann in diese Sperrluft, z.B. über den Stößel 11 und den Verschlußstopfen 12 eingeblasen werden.

Durch die vorliegende Erfindung ist es nunmehr möglich, derartige Anlagen in einem Regelbereich von 1:5 oder tiefer zu betreiben, ohne daß eine übermäßige Wartungsarbeit an dieser Anlage zum Zwecke der Aschepartikelbeseitigung durchgeführt werden müßte. Bevorzugterweise erfolgt die Regelung durch die Verschlußstopfen 12 und Schottbleche 14 derart, daß der Strömungsquerschnitt jeweils in den Rauchrohren und Umlenkkammern so angepaßt ist, daß über den gesamten Regelbereich eine im wesentlichen gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit vorliegt.

Claims

Ansprüche

1. Flammrohr-Rauchrohrkessel zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf mit einem Kesselkörper (1), darin angeordnetem Flammrohr (2) , dem eine Brennereinrichtung (3) zugeordnet ist und mindestens einem weiteren nachgeschalteten Rauchgaszug (5) mit mehreren Heizrohren (9), dadurch gekennzeichnet^ daß Ventileinrichtungen (12, 14) vorgesehen sind, durch die ein vorbestimmte Anzahl der Heizrohre (9, 10) der vorhandenen Rauchgaszüge (4, 5) zum Ändern des gesamten Strömungsquerschnitts eines jeweiligen Rauchgaszuges (4, 5) verschließ- oder durchschaltbar sind.

2. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen (12, 14) derart ausgebildet und gesteuert sind, daß die Strömungsquerschnittsverhältnisse der nacheinander geschalteten Rauchgaszüge (4, 5) bei sämtlichen Stellungen der Ventileinrichtungen im wesentlichen konstant bleiben.

3. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Flammrohr (2) und die Rauchgaszüge (4, 5) jeweils diese verbindende Umlenkkammern (6, 7) vorgesehen sind, die ebenfalls entsprechende Ventileinrichtungen (14) zur angepaßten Änderung des Strömungsquerschnitts aufweisen.

4. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre (9, 10) jeweils eines Rauchgaszuges (4, 5) in mindestens zwei, jeweils eine bestimmte Anzahl von Heizrohren (9, 10) aufweisende Schaltgruppen (16, 17, 18) unterteilt sind,

die von den Ventileinrichtungen (12, 14) jeweils als Einheit verschließbar oder durchschaltbar sind.

5. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennebenen zwischen den Schaltgruppen (16, 17, 18) horizontal angeordnet sind.

6. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen (12, 14) derart ausgebildet und angesteuert sind, daß höher angeordnete Heizrohre (9, 10) oder Schaltgruppen (16, 17) eines Rauchgaszuges (4, 5) während eines Regelvorgangs erst verschließbar und zuletzt durchschaltbar sind.

7. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventileinrichtung (12) am Strömungsausgang (8) der Heizrohre (9) des dem Flammrohr (2) nachfolgenden Rauchgaszuges (4) angeordnet ist.

8. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Ventileinrichtung (12) als den Heizrohren (9) jeweils zugeordnete Stößel (11) mit konischen Spitzen (12) als Verschlußstopfen ausgebildet sind.

9. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (11) in Stopfbuchsen (13) in der Umlenkkammerwandung geführt sind.

10. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (11) hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben sind.

11. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (11) federnd gelagert sind.

12. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchsen (13) in ihrer Lage einjustierbar sind.

13. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verschlußstopfen (12) zugewandten Endbereiche der Heizrohre (9) eine konische Fase aufweisen.

14. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstopfen (12) jeweils eine Bohrung zum Einleiten von Sperrluft in das verschlossene Heizrohr aufweisen.

15. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend der ersten Ventileinrichtung (12) im wesentlichen sämtliche Ventileinrichtungen (14) zum Ändern des Strömungsquerschnitts in den Umlenkkammern (7) und nachfolgenden Rauchgaszügen (5) durch Schieber (14), insbesondere in Form von Schottblechen, gebildet sind.

16. Flammrohr-Rauchrohrkessel nach einem der Ansprüche 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß nachfolgend der ersten Ventileinrichtung im wesentlichen sämtliche Ventileinrichtungen (14) als permanent den gesamten Strömungsquerschnitt in den Umlenkkammern (7) an den Querschnitt der Schaltgruppen (16, 17, 18) angepaßte Trennwände, insbesondere in Form von festen Schottblechen, gebildet sind.